我们有个数据结构的哈夫曼编码解码的课程设计,你能帮帮我吗
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发布时间：2022-04-25 12:42
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时间：2023-11-05 12:17
树和哈夫曼树实验报告
一．实验目的
练习树和哈夫曼树的有关操作，和各个算法程序，理解哈夫曼树的编码和译码
二．实验环境
Microsoft visual c++
三．实验问题描述
1. 问题描述：建立一棵用二叉链表方式存储的二叉树，并对其进行遍历（先序、中序和后序），打印输出遍历结果。
基本要求：从键盘接受输入先序序列，以二叉链表作为存储结构，建立二叉树（以先序来建立），并将此二叉树按照“树状形式”打印输出，然后对其进行遍历（先序、中序和后序），最后将遍历结果打印输出。在遍历算法中要求至少有一种遍历采用非递归方法。
测试数据：
ABCØØDEØGØØFØØØ（其中Ø表示空格字符）
输出结果为：
先序：ABCDEGF
先序：CBEGDFA
先序：CGEFDBA
2. 问题描述：利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接受端将传来的数据进行译码（复原）。对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。试为这样的信息收发站写一个哈夫曼码的编/译码系统。
基本要求：(至少完成功能1-2）
一个完整的系统应具有以下功能：
I：初始化（Initialization）。从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。
基本要求：
E：编码（Encoding）。利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。
D：译码（Decoding )。利用已建好的哈夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中。
P：印代码文件（Print）。将文件CodeFile以紧凑格式显示在终端上，每行50个代码。同时将此字符形式的编码文件写入文件CodePrint中。
T：印哈夫曼树（TreePrinting）。将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件TreePrint中。
测试数据：
设权值w=（5，29，7，8，14，23，3，11），n=8。
按照字符‘0’或‘1’确定找左孩子或右孩子，则权值对应的编码为：
5：0001，29：11，7：1110，8：1111
14：110，23：01，3：0000，11：001
用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”。
四．实验主要程序流
实验题目一主要程序：
1．
void CreatBiTree(BitTree *bt)//用扩展先序遍历序列创建二叉树，如果是#当前树根置为空，否则申请一个新节点//
{
char ch;
ch=getchar();
if(ch=='.')*bt=NULL;
else
{
*bt=(BitTree)malloc(sizeof(BitNode));
(*bt)->data=ch;
CreatBiTree(&((*bt)->LChild));
CreatBiTree(&((*bt)->RChild));
}
}
2．void Visit(char ch)//访问根节点
{
printf("%c ",ch);
}
3．
void PreOrder(BitTree root)
{
if (root!=NULL)
{
Visit(root ->data);
PreOrder(root ->LChild);
PreOrder(root ->RChild);
}
}
4． void InOrder(BitTree root)
{
if (root!=NULL)
{
InOrder(root ->LChild);
Visit(root ->data);
InOrder(root ->RChild);
}
}
5．int PostTreeDepth(BitTree bt) //后序遍历求二叉树的高度递归算法//
{
int hl,hr,max;
if(bt!=NULL)
{
hl=PostTreeDepth(bt->LChild); //求左子树的深度
hr=PostTreeDepth(bt->RChild); //求右子树的深度
max=hl>hr?hl:hr; //得到左、右子树深度较大者
return(max+1); //返回树的深度
}
else return(0); //如果是空树，则返回0
}
6．void PrintTree(BitTree Boot,int nLayer) //按竖向树状打印的二叉树 //
{
int i;
if(Boot==NULL) return;
PrintTree(Boot->RChild,nLayer+1);
for(i=0;i<nLayer;i++)
printf(" ");
printf("%c\n",Boot->data);
PrintTree(Boot->LChild,nLayer+1);
}
7．void main()
{
BitTree T;
int h;
int layer;
int treeleaf;
layer=0;
printf("请输入二叉树中的元素(以扩展先序遍历序列输入,其中.代表空子树):\n");
CreatBiTree(&T);
printf("先序遍历序列为:");
PreOrder(T);
printf("\n中序遍历序列为:");
InOrder(T);
printf("\n后序遍历序列为:");
PostOrder(T);
h=PostTreeDepth(T);
printf("\此二叉树的深度为:%d\n",h);
printf("此二叉树的横向显示为：\n");
PrintTree(T,layer);
}
实验二主要程序流：
1．int main(){
HuffmanTree huftree;
char Choose;
while(1){
cout<<"\n**********************欢迎使用哈夫曼编码/译码系统**********************\n";
cout<<"*您可以进行以下操作: *\n";
cout<<"*1.建立哈夫曼树 *\n";
cout<<"*2.编码(源文已在文件ToBeTra中，或键盘输入) *\n";
cout<<"* 3.译码(码文已在文件CodeFile中) *\n";
cout<<"* 4.显示码文 *\n";
cout<<"* 5.显示哈夫曼树 *\n";
cout<<"* 6.退出 *\n"; cout<<"***********************************************************************\n";
cout<<"请选择一个操作:";
cin>>Choose;
switch(Choose)
{
case '1':
huftree.CreateHuffmanTree();
break;
case '2':
huftree.Encoder();
break;
case '3':
huftree.Decoder();
break;
case '4':
huftree.PrintCodeFile();
break;
case '5':
huftree.PrintHuffmanTree();
break;
case '6':
cout<<"\n**********************感谢使用本系统!*******************\n\n";
system("pause");
return 0;
}//switch
}//while
}//main
2．// 建立哈夫曼树函数
// 函数功能：建立哈夫曼树（调用键盘建立哈夫曼树或调用从文件建立哈夫曼树的函数）
void HuffmanTree::CreateHuffmanTree()
{char Choose;
cout<<"你要从文件中读入哈夫曼树(按1)，还是从键盘输入哈夫曼树(按2)？";
cin>>Choose;
if(Choose=='2') { //键盘输入建立哈夫曼树 CreateHuffmanTreeFromKeyboard();
}//choose=='2'
else { //从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
CreateHuffmanTreeFromFile();
}
}
3. // 从键盘建立哈夫曼树函数
// 函数功能：从键盘建立哈夫曼树
//函数参数：无
//参数返回值：无
void HuffmanTree::CreateHuffmanTreeFromKeyboard(){
int Num;
cout<<"\n请输入源码字符集个数：";
cin>>Num;
if (Num<=1) {
cout<<"无法建立少于2个叶子结点的哈夫曼树。\n\n";
return;
}
LeafNum=Num;
Node=new HuffmanNode[2*Num-1];
for(int i=0;i<Num;i++) {//读入哈夫曼树的叶子结点信息
cout<<"请输入第"<<i+1<<"个字符值";
getchar();
Node[i].sourcecode=getchar(); //源文的字符存入字符数组Info[]
getchar();
cout<<"请输入该字符的权值或频度";
cin>>Node[i].weight; //源文的字符权重存入Node[].weight
Node[i].parent=-1;
Node[i].lchild=-1;
Node[i].rchild=-1;
Node[i].code="\0";
}
for(int j=Num;j<2*Num-1;j++) {//循环建立哈夫曼树内部结点
int pos1,pos2;
int max1,max2;
pos2=pos1=j;
max2=max1=numeric_limits<int>::max( );
//在所有子树的根结点中，选权重最小的两个根结点，pos1最后应指向权重最小的根结点的下标
//pos2最后应指向权重第二小的根结点的下标
//max1存放当前找到的权重最小的根结点的权重
//max2存放当前找到的权重第二小的根结点的权重
for(int k=j-1;k>=0;k--) {
if (Node[k].parent==-1){//如果是某棵子树的根结点
if (Node[k].weight<max1){ //发现比当前最大值还大的权重
max2=max1;
max1=Node[k].weight;
pos2=pos1;
pos1=k;
}
else
if(Node[k].weight<max2){ //发现比当前次大值还大的次大权重
max2=Node[k].weight;
pos2=k;
}
}//if (Node[j].parent==-1)
} //for
//在下标i处新构造一个哈夫曼树的内部结点，其左、右孩子就是以上pos1、pos2所指向的结点
Node[pos1].parent=j;
Node[pos2].parent=j;
Node[j].lchild=pos1;
Node[j].rchild=pos2;
Node[j].parent=-1;
Node[j].weight=Node[pos1].weight+Node[pos2].weight;
} //for
//产生所有叶子结点中字符的编码
for (int m=0;m<Num;m++) {
//产生Node[i].sourcecode的编码，存入Node[i].code中
int j=m;
int j1;
while(Node[j].parent!=-1) { //从叶结点开始往根结点走，每往上走一层，就产生一位编码存入code[]
j1=Node[j].parent;
if(Node[j1].lchild==j)
Node[m].code.insert(0,"0");
else
Node[m].code.insert(0,"1");
j=j1; }}
cout<<"哈夫曼树已成功构造完成。\n";
//把建立好的哈夫曼树写入文件hfmTree.dat
char ch;
cout<<"是否要替换原来的哈夫曼树文件(Y/N):";
cin>>ch;
if (ch!='y'&&ch!='Y') return;
ofstream fop;
fop.open("hfmTree.dat",ios::out|ios::binary|ios::trunc); //打开文件
if(fop.fail()) {
cout<<"\n哈夫曼树文件打开失败，无法将哈夫曼树写入hfmTree.dat文件。\n";
return;
}
fop.write((char*)&Num,sizeof(Num)); //先写入哈夫曼树的叶子结点个数
for(int n=0;n<2*Num-1;n++) { //最后写入哈夫曼树的各个结点（存储在Node[]中）
fop.write((char*)&Node[n],sizeof(Node[n]));
flush(cout); }
fop.close(); //关闭文件
cout<<"\n哈夫曼树已成功写入hfmTree.dat文件。\n";}
4. // 从文件建立哈夫曼树函数
// 函数功能：从文件建立哈夫曼树
//函数参数：无
//参数返回值：无
void HuffmanTree::CreateHuffmanTreeFromFile(){
ifstream fip;
fip.open("hfmTree.dat",ios::binary|ios::in);
if(fip.fail()) {
cout<<"哈夫曼树文件hfmTree.dat打开失败，无法建立哈夫曼树。\n";
return;
}
fip.read((char*)&LeafNum,sizeof(LeafNum));
if (LeafNum<=1) {
cout<<"哈夫曼树文件中的数据有误，叶子结点个数少于2个，无法建立哈夫曼树。\n";
fip.close();
return;
}
Node=new HuffmanNode[2*LeafNum-1];
for(int i=0;i<2*LeafNum-1;i++)
fip.read((char*)&Node[i],sizeof(Node[i]));
fip.close();
cout<<"哈夫曼树已从文件成功构造完成。\n";
}
5. // 编码函数
// 函数功能：为哈夫曼树编码
//函数参数：无
//参数返回值：无
void HuffmanTree::Encoder()
{
if(Node==NULL) { //内存没有哈夫曼树，则从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
CreateHuffmanTreeFromFile();
if (LeafNum<=1) {
cout<<"内存无哈夫曼树。操作撤销。\n\n";
return;
}
}//if
char *SourceText; //字符串数组，用于存放源文
//让用户选择源文是从键盘输入，还是从源文文件ToBeTran.txt中读入
char Choose;
cout<<"你要从文件中读入源文(按1)，还是从键盘输入源文(按2)？";
cin>>Choose;
if(Choose=='1') {
ifstream fip1("ToBeTran.txt");
if(fip1.fail()) {
cout<<"源文文件打开失败!无法继续执行。\n";
return;
}
char ch;
int k=0;
while(fip1.get(ch)) k++; //第一次读文件只统计文件中有多少个字符，将字符数存入k
fip1.close();
SourceText=new char[k+1]; //申请存放源文的字符数组空间
ifstream fip2("ToBeTran.txt"); //第二次读源文文件，把内容写入SourceText[]
k=0;
while(fip2.get(ch)) SourceText[k++]=ch;
fip2.close();
SourceText[k]='\0';
}
else { //从键盘输入源文
string SourceBuff;
cin.ignore();
cout<<"请输入需要编码的源文(可输入任意长，按回车键结束):\n";
getline(cin,SourceBuff,'\n');
int k=0;
while(SourceBuff[k]!='\0')
k++;
SourceText=new char[k+1];
k=0;
while(SourceBuff[k]!='\0') {
SourceText[k]=SourceBuff[k];
k++;
}
SourceText[k]='\0';
}
cout<<"需编码的源文为：";
cout<<SourceText<<endl;
//开始译码
ofstream fop("CodeFile.dat",ios::trunc); //打开码文存放文件
int k=0;
while(SourceText[k]!='\0') //源文串中从第一个字符开始逐个编码
{
int i;
for(i=0;i<LeafNum;i++){ //找到当前要编码的源文的字符在哈夫曼树Node[]中的下标
if(Node[i].sourcecode==SourceText[k]) { //将对应编码写入码文文件
fop<<Node[i].code;
break;
};
}
if (i>=LeafNum) {
cout<<"源文中存在不可编码的字符。无法继续执行。\n"<<endl;
fop.close();
return;
}
k++; //源文串中的字符后移一个
}
fop.close();
cout<<"已完成编码，码文已写入文件CodeFile.dat中。\n\n";
}
6. // 译码函数
// 函数功能：对哈夫曼树进行译码
//函数参数：无
//参数返回值：无
void HuffmanTree::Decoder()
{//如果内存没有哈夫曼树，则从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
if(Node==NULL)
{
CreateHuffmanTreeFromFile();
if (LeafNum<=1) {
cout<<"内存无哈夫曼树。操作撤销。\n\n";
return;
}
}
//将码文从文件CodeFile.dat中读入 CodeStr[]
ifstream fip1("CodeFile.dat");
if(fip1.fail()) {
cout<<"没有码文，无法译码。\n";
return;
}
char* CodeStr;
int k=0;
char ch;
while(fip1.get(ch)){
k++;
}
fip1.close();
CodeStr=new char[k+1];
ifstream fip2("CodeFile.dat");
k=0;
while(fip2.get(ch))
CodeStr[k++]=ch;
fip2.close();
CodeStr[k]='\0';
cout<<"经译码得到的源文为：";
ofstream fop("TextFile.dat");
int j=LeafNum*2-1-1; //j指向哈夫曼树的根
int i=0; //码文从第一个符号开始，顺着哈夫曼树由根下行，按码文的当前符号决定下行到左孩子还是右孩子
while(CodeStr[i]!='\0') { //下行到哈夫曼树的叶子结点处，则译出叶子结点对应的源文字符
if(CodeStr[i]=='0')
j=Node[j].lchild;
else
j=Node[j].rchild;
if(Node[j].rchild==-1) { //因为哈夫曼树没有度为1的结点，所以此条件等同于Node[j]为叶结点
cout<<Node[j].sourcecode; //屏幕输出译出的一个源文字符
fop<<Node[j].sourcecode;
j=LeafNum*2-1-1; //j再指向哈夫曼树的根
}
i++;
}
fop.close();
cout<<"\n译码成功且已存到文件TextFile.dat中。\n\n";
}
7. // 输出码文函数
// 函数功能：从文件中输出哈夫曼树的码文
//函数参数：无
//参数返回值：无
void HuffmanTree::PrintCodeFile()
{
char ch;
int i=1;
ifstream fip("CodeFile.dat");
ofstream fop("CodePrin.dat");
if(fip.fail())
{
cout<<"没有码文文件，无法显示码文文件内容。\n";
return;
}
while(fip.get(ch))
{cout<<ch;
fop<<ch;
if(i==50)
{
cout<<endl;
fop<<endl;
i=0;
}
i++;
}
cout<<endl;
fop<<endl;
fip.close();
fop.close();
}
8. // 输出函数
// 函数功能：从内存或文件中直接输出哈夫曼树
//函数参数：无
//参数返回值：无
void HuffmanTree::PrintHuffmanTree()
{
//如果内存没有哈夫曼树，则从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
if(Node==NULL)
{
CreateHuffmanTreeFromFile();
if (LeafNum<=1) {
cout<<"内存无哈夫曼树。操作撤销。\n\n";
return; }}
ofstream fop("TreePrint.dat",ios_base::trunc);
fop.close();
PrintHuffmanTree_aoru(2*LeafNum-1-1);
return;
}
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时间：2023-11-05 12:18
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<ctype.h>
int n;
struct node{
int w;
int flag;
char c;
struct node *plink,*llink,*rlink;
char code[50];
}*num[100],*root;
FILE *fp;
char tmpcode[50];
int t=0;
void main(void)
{
int i;
void settree(void); //建立树
void code(void); //对文件编码
void decode(void); // 译码
void disp(void) ;
root=(struct node*)malloc(sizeof(struct node));
puts("*******************哈夫曼编/译码器演示******************************");
while(1){
start:
puts("1. 初始化 2. 编码 3. 译码 4.显示编码表 5. 退出");
while(scanf("%d",&i)!=1)
{
while(getchar()!='\n')
continue;
puts("输入错误!");
puts("请重新输入！");
puts("1. 初始化 2. 编码 3. 译码 4.显示编码表 5. 退出");
}
switch (i)
{
case 1:
settree();
break;
case 2:
code();
break;
case 3:
decode();
break;
case 4:
disp();
break;
case 5:
exit(0);
default:
puts("输入错误！");
puts("请重新输入！");
goto start;
}
}
}
void settree(void)
{
int i,j,k;
struct node *p1,*p2,*tmp,*p;
void go(struct node *);
void setcode(struct node *);//建立每一个字符的编码
void printtree(struct node *);
puts("输入字符集的大小：");
scanf("%d",&n);
while(getchar()!='\n')
continue;
for(i=0;i<n;i++)
{
p=(struct node *)malloc(sizeof(struct node));
puts("请输入一个字符");
scanf("%c",&p->c);
while(getchar()!='\n')
continue;
puts("请输入该字符的权值:");
scanf("%d",&p->w);
while(getchar()!='\n')
continue;
p->plink=NULL;
p->rlink=NULL;
p->llink=NULL;
num[i]=p;
}
for(i=0;i<n-1;i++) //（递增）排序
{
for(j=i+1;j<n;j++)
{
if(num[i]->w>num[j]->w)
{
tmp=num[i];
num[i]=num[j];
num[j]=tmp;
}
}
}
/*******************************开始建立树***********************/
num[n]=NULL; //结束标志
k=n;
while(num[1]!=NULL)
{
p=(struct node *)malloc(sizeof(struct node));
p1=num[0];
p2=num[1];
p->llink=p1;
p->rlink=p2;
p->plink=NULL;
p1->plink=p;
p2->plink=p;
p->w=p1->w+p2->w;
for(i=1;i<k;i++)
{
num[i]=num[i+1];
}
k--;
num[0]=p;
for(i=0;i<k-1;i++) //排序
{
for(j=i+1;j<k;j++)
{
if(num[i]->w>num[j]->w)
{
tmp=num[i];
num[i]=num[j];
num[j]=tmp;
}
}
}
}
root=num[0];
/*建立完毕*/
/*写入文件，前序*/
if((fp=fopen("c:\\hfmtree.wxl","wb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
setcode(root);
go(root);
fclose(fp);
}
void setcode(struct node *p)
{
if(p->llink==NULL&&p->rlink==NULL)
{
tmpcode[t]='\0';
strcpy(p->code,tmpcode);
}
else
{
tmpcode[t++]='0';
setcode(p->llink);
t--;
tmpcode[t++]='1';
setcode(p->rlink);
t--;
}
}
void go(struct node *p)
{
if(p->llink==NULL&&p->rlink==NULL)
{
fputc('(',fp);
fputc(p->c,fp);
fputs(p->code,fp);
fputc(')',fp);
}
else
{
go(p->llink);
go(p->rlink);
}
}
void code(void)
{
FILE *fp1,*fp2,*fp3;
char ch1,ch2,c;
if((fp1=fopen("c:\\hfmtree.wxl","rb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
if((fp2=fopen("c:\\tobetrans.txt","rb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
if((fp3=fopen("c:\\codefile.wxl","wb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
while((ch1=fgetc(fp2))!=EOF)
{
t=0;
while((ch2=fgetc(fp1))!=EOF)
{
if(ch1==ch2)
{
while((c=fgetc(fp1))!=')')
{
tmpcode[t++]=c;
}
tmpcode[t]='\0';
fputs(tmpcode,fp3);
fputc('@',fp3);
rewind(fp1);
break;
}
}
}
fclose(fp1);
fclose(fp2);
fclose(fp3);
}
void decode(void)
{
FILE *fp1,*fp2,*fp3;
char ch1,ch2,ch3;
char temp_3[20];
char temp_1[20];
int t1,t3;
if((fp1=fopen("c:\\hfmtree.wxl","rb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
if((fp2=fopen("c:\\textfile.txt","wb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
if((fp3=fopen("c:\\codefile.wxl","rb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
while((ch3=fgetc(fp3))!=EOF)
{
t3=0;
while(ch3!='@')
{
temp_3[t3++]=ch3;
ch3=fgetc(fp3);
}
temp_3[t3]='\0';
while((ch1=fgetc(fp1))!=EOF)
{
if(isalpha(ch1))
{
ch2=ch1;
t1=0;
while((ch1=fgetc(fp1))!=')')
{
temp_1[t1++]=ch1;
}
temp_1[t1]='\0';
if(strcmp(temp_1,temp_3)==0)
{
fputc(ch2,fp2);
rewind(fp1);
break;
}
}
}
}
fclose(fp1);
fclose(fp2);
fclose(fp3);
}
void disp(void)
{
FILE *fp1,*fp2;
char ch1,ch2;
char tmp[20];
int t;
if((fp1=fopen("c:\\hfmtree.wxl","rb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
if((fp2=fopen("c:\\hfmcode.txt","wb"))==NULL)
{
puts("文件打开错误！");
getchar();
exit(0);
}
while((ch1=fgetc(fp1))!=EOF)
{
if(ch1=='(')
{
t=0;
ch1=fgetc(fp1);
ch2=ch1;
while((ch1=fgetc(fp1))!=')')
{
tmp[t++]=ch1;
}
tmp[t]='\0';
printf("%c-----%s\n",ch2,tmp);
fputc(ch2,fp2);
fputc('-',fp2);
fputc('-',fp2);
fputc('-',fp2);
fputs(tmp,fp2);
fputc('\n',fp2);
}
}
fclose(fp1);
fclose(fp2);
}
你看看这个能用吗？
