数据结构哈夫曼编码实验报告.doc

数据结构实验报告 ―― 实验五 简单哈夫曼编/译码的设计与实现 本实验的目的是通过对简单哈夫曼编/译码系统的设计与实现来熟练掌握树型结构在 实际问题中的应用。此实验可以作为综合实验，阶段性实验时可以选择其中的几个功能 来设计和实现。 一、【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，在接收端将传来的数 据进行译码，此实验即设计这样的一个简单编/码系统。系统应该具有如下的几个功能： 1、接收原始数据。 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nod edata.dat中。 2、编码。 利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件nodedata.dat中读入），对文件中的正 文进行编码，然后将结果存入文件code.dat中。 3、译码。利用已建好的哈夫曼树将文件code.dat中的代码进行译码，结果存入文件tex tfile.dat中。 4、打印编码规则。 即字符与编码的一一对应关系。 二、【数据结构设计】 1、构造哈夫曼树时使用静态链表作为哈夫曼树的 数据结构哈夫曼编码实验报告主要探讨了如何利用哈夫曼编码进行数据压缩与解压缩，以提高通信效率。哈夫曼编码是一种基于频率的前缀编码方法，它通过构建最优二叉树（哈夫曼树）来为不同的字符分配唯一的二进制编码，使得频繁出现的字符具有较短的编码，从而降低传输成本。 实验的目标是设计并实现一个简单的哈夫曼编/译码系统，该系统包括以下四个核心功能： 1. 接收原始数据：系统需要从用户输入中获取字符集的大小（n）以及n个字符及其对应的权值。接着，根据这些信息构建哈夫曼树，并将其保存到文件`nodedata.dat`中。 2. 编码：利用已构建的哈夫曼树，对文本文件进行编码，生成的编码结果存储到`code.dat`文件。如果哈夫曼树不在内存中，可以从`nodedata.dat`读取重建。 3. 译码：读取`code.dat`文件中的编码，利用哈夫曼树进行解码，将解码后的文本保存到`textfile.dat`。 4. 打印编码规则：展示字符与其对应的哈夫曼编码，便于查看和理解编码方式。 在数据结构设计方面，实验采用了以下方法： 1. 哈夫曼树的存储使用静态链表。通过定义一个结构体数组`HuffNode`，包含节点的权值、父节点、左孩子和右孩子的索引，以及字符信息。考虑到哈夫曼树有n个叶子节点时总共有2n-1个节点，数组大小设为2n-1。 2. 哈夫曼编码的存储使用一维结构数组`HcodeType`，数组中的每个元素表示一个字符的编码，包括一个用于存储编码位的数组`bit[MAXBIT]`和一个表示编码起始位置的变量`start`。 文件操作涉及`nodedata.dat`、`code.dat`和`textfile.dat`三个文件，分别用于存储哈夫曼树、编码结果和解码后的文本。 在功能实现上，实验涵盖了以下几个模块： 1. 初始化模块：负责从键盘接收字符集大小n和字符及其权值。 2. 构建哈夫曼树模块：使用输入数据构建哈夫曼树，并将其存储到文件`hfmtree.dat`。 3. 哈夫曼编码模块：读取`nodedata.dat`文件中的字符信息，进行编码并将结果写入`code.dat`，同时输出字符与编码的对应关系。 4. 解码模块：读取`code.dat`文件，依据哈夫曼树进行解码，将解码结果写入`textfile.dat`并显示在屏幕上。 在编码实现部分，实验使用了C++语言，定义了结构体并实现了相应的函数来完成上述功能。例如，`Creat_Haffmantree`函数用于创建哈夫曼树，可能包含了创建节点、合并最小节点等步骤。 这个实验旨在通过实际操作加深对哈夫曼编码的理解，同时也展示了如何在实际问题中运用数据结构（如树型结构）来解决编码和解码的问题。通过这个实验，学生可以提升对数据结构的应用能力，并进一步了解通信中的数据压缩技术。