數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)----赫夫曼樹

上傳人：奔*** IP屬地：河北更新時(shí)間：2024-03-01 格式：doc 頁數(shù)：12 大小：214.50KB 人氣指數(shù)：12 舉報(bào) 版權(quán)申訴

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文檔簡介

1、　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 　　院、系：　　學(xué)科專業(yè)：　　姓名：　　學(xué) 號(hào)：</p

2、>　　指導(dǎo)教師：　　1課程設(shè)計(jì)的題目-　　——赫夫曼編碼/譯碼器　　1. 問題描述　　利用赫夫曼編碼進(jìn)行通信可以大大提高信道利用率

3、，縮短信息傳輸時(shí)間，降低傳輸成本。這要求在發(fā)送端通過一個(gè)編碼系統(tǒng)對(duì)待傳輸數(shù)據(jù)預(yù)先編碼，在接收端將傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼（復(fù)原）。對(duì)于雙工信道（即可以雙向傳輸信息的信道），每端都需要一個(gè)完整的編/譯碼系統(tǒng)。試為這樣的信息收發(fā)站編寫一個(gè)赫夫曼碼的編/譯碼系統(tǒng)。　　基本要求　　一個(gè)完整的系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：

4、　　(1) I：初始化（Initialization）。從終端讀入字符集大小n，以及n個(gè)字符和n個(gè)權(quán)值，建立赫夫曼樹，并將它存于文件hfmTree中。　　(2) E：編碼（Encoding）。利用已建好的赫夫曼樹（如不在內(nèi)存，則從文件hfmTree中讀入），對(duì)文件ToBeTran中的正文進(jìn)行編碼，然后將結(jié)果存入文件CodeFile中。

5、;　　(3) D：譯碼（Decoding）。利用已建好的赫夫曼樹將文件CodeFile中的代碼進(jìn)行譯碼，結(jié)果存入文件Textfile中。　　以下為選做：　　(4) P：印代碼文件（Print）。將文件CodeFile以緊湊格式顯示在終端上，每行50個(gè)代碼。同時(shí)將此字符形式的編碼文件寫入文件CodePrin中。<

6、/p>　　(5) T：印赫夫曼樹（Tree printing）。將已在內(nèi)存中的赫夫曼樹以直觀的方式（比如樹）顯示在終端上，同時(shí)將此字符形式的赫夫曼樹寫入文件TreePrint 中。　　測試要求　　(1) 已知某系統(tǒng)在通信聯(lián)絡(luò)中只可能出現(xiàn)八種字符，其頻率分別為0.05,0.29,0.07,

7、0.08,0.14,0.23,0.03,0.11，試設(shè)計(jì)赫夫曼編碼。　　(2) 用下表給出的字符集和頻度的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立赫夫曼樹，并實(shí)現(xiàn)以下報(bào)文的編碼和譯碼：“THIS PROGRAME IS MY FAVORITE”。　　實(shí)現(xiàn)提示　　(1) 編碼結(jié)果以文本方式存儲(chǔ)在

8、文件Codefile中。　　(2) 用戶界面可以設(shè)計(jì)為“菜單”方式：顯示上述功能符號(hào)，再加上“Q”，表示退出運(yùn)行Quit。請(qǐng)用戶鍵入一個(gè)選擇功能符。此功能執(zhí)行完畢后再顯示此菜單，直至某次用戶選擇了“Q”為止。　　(3) 在程序的一次執(zhí)行過程中，第一次執(zhí)行I，D或C命令之后，赫夫曼樹已經(jīng)在內(nèi)存了，不必再讀入。每次執(zhí)行中不一定執(zhí)行I命令，因?yàn)槲募fmTre

9、e可能早已建好。　　2課程設(shè)計(jì)的目的（設(shè)計(jì)要解決的問題）　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為一門學(xué)科主要研究數(shù)據(jù)的各種邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及對(duì)數(shù)據(jù)的各種操作。因此，主要有三個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；對(duì)數(shù)據(jù)的操作（或算法）。通常，算法的設(shè)計(jì)取決于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，算法的實(shí)現(xiàn)取決于數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是信息的一種組織方式，其目的是為了提高算法的效

10、率，它通常與一組算法的集合相對(duì)應(yīng)，通過這組算法集合可以對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種操作。　　在當(dāng)今信息時(shí)代，信息技術(shù)己成為當(dāng)代知識(shí)經(jīng)濟(jì)的核心技術(shù)。我們時(shí)刻都在和數(shù)據(jù)打交道。比如人們?cè)谕獬龉ぷ鲿r(shí)找最短路徑，在銀行查詢存款、通過互聯(lián)網(wǎng)查新聞、以及遠(yuǎn)程教育報(bào)名等，所有這些都在與數(shù)據(jù)發(fā)生關(guān)系。實(shí)際上，現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體經(jīng)過抽象以后，就可以成為計(jì)算機(jī)上所處理的數(shù)據(jù)。

11、　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主要是研究非數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)問題中所出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)操作對(duì)象以及它們之間的關(guān)系和操作的學(xué)科。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是介于數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)硬件之間的一門計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，它是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、編譯原理及人工智能等的重要基礎(chǔ)，廣泛的應(yīng)用于信息學(xué)、系統(tǒng)工程等各種領(lǐng)域。　　學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是為了將實(shí)際問題中所涉及的對(duì)象在計(jì)算機(jī)中表示出來并對(duì)它們進(jìn)行處理。通過課程設(shè)計(jì)可以提高學(xué)生的思

12、維能力，促進(jìn)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和專業(yè)素質(zhì)的提高。通過此次課程設(shè)計(jì)主要達(dá)到以下目的：　　了解并掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立分析和設(shè)計(jì)能力；　　初步掌握軟件開發(fā)過程的問題分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序編碼、測試等基本方法和技能；　　提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和方法獨(dú)立分析和解決問題的能力；

13、　　訓(xùn)練用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和軟件開發(fā)一般規(guī)范進(jìn)行軟件開發(fā)，培養(yǎng)軟件工作者所應(yīng)具備的科學(xué)的工作方法和作風(fēng)。　　3概要設(shè)計(jì)（函數(shù)劃分、總體設(shè)計(jì)）　　問題分析哈夫曼樹的定義　　1.哈夫曼樹節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型定義為：　　typedef struct{

14、 //赫夫曼樹的結(jié)構(gòu)體　　char ch;　　int weight; //權(quán)值　　int parent,lchild,rchild;　　}htnode,*hfmtree;<p&g

15、t;　　2）所實(shí)現(xiàn)的功能函數(shù)如下　　1、void hfmcoding(hfmtree &HT,hfmcode &HC,int n)初始化哈夫曼樹，處理InputHuffman(Huffman Hfm)函數(shù)得到的數(shù)據(jù)，按照哈夫曼規(guī)則建立2叉樹。此函數(shù)塊調(diào)用了Select（）函數(shù)。　　2、void Select(hfmtree &HT

16、,int a,int *p1,int *p2) //Select函數(shù)，選出HT樹到a為止，權(quán)值最小且parent為0的2個(gè)節(jié)點(diǎn)　　2、 int main()　　主函數(shù)：利用已建好的哈夫曼樹（如不在內(nèi)存，則從文件hfmtree.txt中讀入）　　對(duì)文件中的正文進(jìn)行編碼，然后將結(jié)果存入文件code

17、file.txt中。如果正文中沒有要編碼的字符，則鍵盤讀入并存儲(chǔ)到ToBeTran文件中。讀入ToBeTran中將要編碼的內(nèi)容，將編碼好的哈夫曼編碼存儲(chǔ)到CodeFile中。　　3、Encoding 　　編碼功能：對(duì)輸入字符進(jìn)行編碼　　4、Decoding　　譯碼功能：

18、利用已建好的哈夫曼樹將文件codefile.txt中的代碼進(jìn)行譯碼，結(jié)果存入文件textfile.dat 中。　　Print() 打印功能函數(shù)：輸出哈夫曼樹，字符，權(quán)值，以及它對(duì)應(yīng)的編碼。　　5.主函數(shù)的簡要說明，主函數(shù)主要設(shè)計(jì)的是一個(gè)分支語句，讓用戶挑選所實(shí)現(xiàn)的功能。　　使用鏈樹存儲(chǔ)，然后分別調(diào)用統(tǒng)計(jì)頻數(shù)函數(shù)，

19、排序函數(shù)，建立哈夫曼函數(shù)，編碼函數(shù)，譯碼函數(shù)來實(shí)現(xiàn)功能。　　4詳細(xì)設(shè)計(jì)（流程圖、程序）　　程序說明　　.哈夫曼編碼/譯碼器源代碼　　#include<iostream.h>　　#i

20、nclude<stdio.h>　　#include<stdlib.h>　　#include<string.h>　　#include<fstream.h>　　typedef struct{ //赫夫曼樹的結(jié)構(gòu)體

21、　　char ch;　　int weight; //權(quán)值　　int parent,lchild,rchild;　　}htnode,*hfmtree;　　typedef

22、 char **hfmcode;　　void Select(hfmtree &HT,int a,int *p1,int *p2) //Select函數(shù)，選出HT樹到a為止，權(quán)值最小且parent為0的2個(gè)節(jié)點(diǎn)　　{　　int i,j,x,y;&

23、lt;p>　　for(j=1;j<=a;++j){　　if(HT[j].parent==0){　　x=j;　　break;　　}

24、;　　}　　for(i=j+1;i<=a;++i){　　if(HT[i].weight<HT[x].weight&&HT[i].parent==0){　　x=i; //選出最小的節(jié)點(diǎn)</

25、p>　　}　　}　　for(j=1;j<=a;++j){　　if(HT[j].parent==0&&x!=j)　　{</

26、b>　　y=j;　　break;　　}　　}　　for(i=j+1;i&

27、lt;=a;++i)　　{　　if(HT[i].weight<HT[y].weight&&HT[i].parent==0&&x!=i)　　{　　y=i;

28、 //選出次小的節(jié)點(diǎn)　　}　　}　　if(x>y){　　*p1=y;

29、;　　*p2=x;　　}　　else　　{　　*p1=x;&

30、lt;/p>　　*p2=y;　　}　　}　　void hfmcoding(hfmtree &HT,hfmcode &HC,int n) //構(gòu)建赫夫曼樹HT

31、，并求出n個(gè)字符的赫夫曼編碼HC　　{　　int i,start,c,f,m,w;　　int p1,p2;　　char *cd,z;　　if(n<=1){</b&

32、gt;　　return;　　}　　m=2*n-1;　　HT=(hfmtree)malloc((m+1)*sizeof(htnode));

33、　　for(i=1;i<=n;++i) //初始化n個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)　　{　　printf("請(qǐng)輸入第%d字符信息和權(quán)值：",i);　　scanf("%c%d",&z,&w);&

34、lt;/p>　　while(getchar()!='\n')　　{　　continue;　　}　　HT[i].ch

35、=z;　　HT[i].weight=w;　　HT[i].parent=0;　　HT[i].lchild=0;　　HT[i].rchild=0;　　}

36、　for(;i<=m;++i) //初始化其余的結(jié)點(diǎn)　　{　　HT[i].ch='0';　　HT[i].weight=0;　　HT[i].parent=0;

37、　　HT[i].lchild=0;　　HT[i].rchild=0;　　}　　for(i=n+1;i<=m;++i) //建立赫夫曼樹　　{<p&

38、gt;　　Select(HT,i-1,&p1,&p2);　　HT[p1].parent=i;HT[p2].parent=i;　　HT[i].lchild=p1;HT[i].rchild=p2;　　HT[i].weight=HT[p1].weight+HT[p2].weight;

39、　　}　　HC=(hfmcode)malloc((n+1)*sizeof(char *));　　cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));　　cd[n-1]='\0';

40、　for(i=1;i<=n;++i) //給n個(gè)字符編碼　　{　　start=n-1;　　for(c=i,f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent)

41、　　{　　if(HT[f].lchild==c)　　{　　cd[--start]='0';　　}

42、else　　{　　cd[--start]='1';　　}　　}　　HC[i]=(

43、char*)malloc((n-start)*sizeof(char));　　strcpy(HC[i],&cd[start]);　　}　　free(cd);　　}<

44、/b>　　int main(){　　char code[100],h[100],hl[100];　　int n,i,j,k,l;　　ifstream input_file; //文件輸入輸出流　　ofstream ou

45、tput_file;　　char choice,str[100];　　hfmtree HT;　　hfmcode HC;　　cout<<"\n";　　cout<<"

46、 "<<"計(jì)算機(jī)（3）班"<<" "<<"Q07620307"<<" "<<"XXX\n";　　while(choice!='Q'&&choice!='q')

47、 //當(dāng)choice的值不為q且不為Q時(shí)循環(huán)　　{　　cout<<" "<<"*************************赫夫曼編碼/譯碼器*************************\n";</p&

48、gt;　　cout<<" "<<"I.Init"<<" "<<"E.Encoding"<<" "<<"D.Decoding"<<" &quo

49、t;<<"Q.Exit\n";　　cout<<"請(qǐng)輸入您要操作的步驟：";　　cin>>choice;　　if(choice=='I'||choice=='i') //初始化赫夫曼

50、樹　　{　　cout<<"請(qǐng)輸入字符個(gè)數(shù)：";　　cin>>n;　　hfmcoding(HT,HC,n);

51、for(i=1;i<=n;++i)　　{　　cout<<HT[i].ch<<":"<<HC[i]<<endl;　　}　　o

52、utput_file.open("hfmTree.txt");　　if(!output_file){　　cout<<"can't oen file!"<<endl;　　return 1;

53、;　　}　　for(i=1;i<=n;i++)　　{　　output_file<<"("<<HT[i].ch<<HC[i]<<")&

54、quot;;　　}　　output_file.close();　　cout<<"赫夫曼樹已經(jīng)創(chuàng)建完畢，并且已經(jīng)放入hfmTree.txt文件中!"<<endl;　　}<

55、;/b>　　else if(choice=='E'||choice=='e') //進(jìn)行編碼，并將字符放入ToBeTran.txt，碼值放入CodeFile.txt中　　{　　printf("請(qǐng)輸入字符：&q

56、uot;);　　gets(str);　　output_file.open("ToBeTran.txt");　　if(!output_file)　　{　　cout<&l

57、t;"can't oen file!"<<endl;　　return 1;　　}　　output_file<<str<<endl;

58、　output_file.close();　　output_file.open("CodeFile.txt");　　if(!output_file){　　cout<<"can't oen file!"<<endl;&l

59、t;p>　　return 1;　　}　　for(i=0;i<strlen(str);i++){　　for(j=0;j<=n;++j)　　{&

60、lt;/p>　　if(HT[j].ch==str[i])　　{　　output_file<<HC[j];　　break;　　}</b

61、>　　}　　}　　output_file.close();　　cout<<"\n";　　cout<<&q

62、uot;編碼完畢，并且已經(jīng)存入CodeFile.txt文件！\n";　　input_file.open("CodeFile.txt"); //從CodeFile.txt中讀入編碼，輸出在終端　　if(!input_file)　　{

63、　　cout<<"can't oen file!"<<endl;　　return 1;　　}　　input_file>>code;&

64、lt;/p>　　cout<<"編碼碼值為："<<code<<endl;　　input_file.close();　　}　　else if(choice=='D'||choice

65、=='d') //讀入CodeFile.txt中的編碼進(jìn)行譯碼，將譯出來的字符放入Textfile.txt中　　{　　input_file.open("CodeFile.txt");　　if(!input_file){</p&

66、gt;　　cout<<"can't oen file!"<<endl;　　return 1;　　}　　input_file>>h;

67、　　input_file.close();　　output_file.open("Textfile.txt");　　if(!output_file)　　{　　cout<<"

68、can't oen file!"<<endl;　　return 1;　　}　　k=0;　　while(h[k]!='\0

69、') //先用編碼中的前幾個(gè)和字符的編碼相比較，然后往后移　　{　　for(i=1;i<=n;i++){　　l=k;　　for(j=0;j<strlen(H

70、C[i]);j++,l++){　　hl[j]=h[l];　　}　　hl[j]='\0';　　if(strcmp(HC[i],hl)==0)　　{</b&

71、gt;　　output_file<<HT[i].ch;　　k=k+strlen(HC[i]);　　break;　　}　　}&

72、lt;/b>　　}　　output_file.close();　　input_file.open("Textfile.txt");　　if(!input_file){

73、　　cout<<"can't oen file!"<<endl;　　return 1;　　}　　input_file>>h; 　　c

74、out<<h<<endl;　　input_file.close();　　cout<<"譯碼結(jié)束，字符已經(jīng)存入Textfile.txt文件中！"<<endl;　　}

75、else if(choice=='Q'||choice=='q') //退出程序　　{ 　　exit(0);　　}<

76、p>　　else //如果選了選項(xiàng)之外的就讓用戶重新選擇　　{　　cout<<"您沒有輸入正確的步驟，請(qǐng)重新輸入！"<<endl;　　}

77、　　cout<<endl;　　}　　return 0;　　}　　5調(diào)試結(jié)果</p&g

78、t;　　編碼　　、譯碼　　、退出　　6課程設(shè)計(jì)總結(jié)　　通過本次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)了很多在上

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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