哈夫曼树的构造方法_怎么构造哈夫曼树_数据结构哈夫曼树

数据结构哈夫曼树的应用

二、问题描述

利用赫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。这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码，在接收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编写一个赫夫曼码的编/译码系统。

三、基本要求

一个完整的系统应具有以下功能：

(1)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，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

(2)E：编码（Encoding）。数据结构哈夫曼树利用已建好的赫夫曼树（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。

(3)D：译码（Decoding）。数据结构哈夫曼树利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件Textfile中。

以下为选作：

(4)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CodePrin中。

(5)T：印赫夫曼树（Treeprinting）。将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（比如树）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。

四、测试要求

(1)已知某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其频率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11，试设计赫夫曼编码。

(2)用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“THISPROGRAMEISMYFORITE”。

(3)编码结果以文本方式存储在文件Codefile中。

(4)用户界面可以设计为“菜单”方式：显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。请用户键入一个选择功能符。此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。

(5)在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D或C命令之后，赫夫曼树已经在内存了，不必再读入。每次执行中不一定执行I命令，因为文件hfmTree可能早已建好。

五、源代码/数据测试

#include<iostream.h>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

#include<fstream.h>

typedefstruct{//赫夫曼树的结构体

charch;

intweight;//权值

intparent,lchild,rchild;

}htnode,*hfmtree;

typedefchar**hfmcode;

voidSelect(hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2)//Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点

{

inti,j,x,y;

for(j=1;j<=a;++j){

if(HT[j].parent==0){

x=j;

break;

}

}

for(i=j+1;i<=a;++i){

if(HT[i].weight<HT[x].weight&&HT[i].parent==0){

x=i;//选出最小的节点

}

}

for(j=1;j<=a;++j) {

if(HT[j].parent==0&&x!=j)

{

y=j;

break;

}

}

for(i=j+1;i<=a;++i)

{

if(HT[i].weight<HT[y].weight&&HT[i].parent==0&&x!=i)

{

y=i;//选出次小的节点

}

}

if(x>y){

*p1=y;

*p2=x;

}

else

{

*p1=x;

*p2=y;

}

}

voidhfmcoding(hfmtree&HT,hfmcode&HC,intn)//构建赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC

{

inti,start,c,f,m,w;

intp1,p2;

char*cd,z;

if(n<=1){

return;

}

m=2*n-1;

HT=(hfmtree)malloc((m+1)*sizeof(htnode));

for(i=1;i<=n;++i)//初始化n个叶子结点

{

printf("请输入第%d字符信息和权值：",i);

scanf("%c%d",&z,&w);

while(getchar()!='\n')

{

continue;

}

HT[i].ch=z;

HT[i].weight=w;

HT[i].parent=0;

HT[i].lchild=0;

HT[i].rchild=0;

}

for(;i<=m;++i)//初始化其余的结点

{

HT[i].ch='0';

HT[i].weight=0;

HT[i].parent=0;

HT[i].lchild=0;

HT[i].rchild=0;

}

for(i=n+1;i<=m;++i)//建立赫夫曼树

{

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;

}

HC=(hfmcode)malloc((n+1)*sizeof(char*));

cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));

cd[n-1]='\0';

for(i=1;i<=n;++i)//给n个字符编码

{

start=n-1;

for(c=i,f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent)

{

if(HT[f].lchild==c)

{

cd[--start]='0';

}

else

{

cd[--start]='1';

}

}

HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));

strcpy(HC[i],&cd[start]);

}

free(cd);

}

intmain(){

charcode[100],h[100],hl[100];

intn,i,j,k,l;

ifstreaminput_file;//文件输入输出流

ofstreamoutput_file;

charchoice,str[100];

hfmtreeHT;

hfmcodeHC;

cout<<"\n";

cout<<""<<"计算机（3）班"<<""<<"\n";

while(choice!='Q'&&choice!='q')//当choice的值不为q且不为Q时循环

{

cout<<""<<"*************************赫夫曼编码/译码器*************************\n";

cout<<""<<"I.Init"<<""<<"E.Encoding"<<""<<"D.Decoding"<<""<<"Q.Exit\n";

cout<<"请输入您要操作的步骤：";

cin>>choice;

if(choice=='I'||choice=='i')//初始化赫夫曼树

{

cout<<"请输入字符个数：";

cin>>n;

hfmcoding(HT,HC,n);

for(i=1;i<=n;++i)

{

cout<<HT[i].ch<<":"<<HC[i]<<endl;

}

output_file.open("hfmTree.txt");

if(!output_file){

cout<<"can'toenfile!"<<endl;

return1;

}

for(i=1;i<=n;i++)

{

output_file<<"("<<HT[i].ch<<HC[i]<<")";

}

output_file.close();

cout<<"赫夫曼树已经创建完毕，并且已经放入hfmTree.txt文件中!"<<endl;

}

elseif(choice=='E'||choice=='e')//进行编码，并将字符放入ToBeTran.txt，码值放入CodeFile.txt中

{

printf("请输入字符：");

gets(str);

output_file.open("ToBeTran.txt");

if(!output_file)

{

cout<<"can'topenfile!"<<endl;

return1;

}

output_file<<str<<endl;

output_file.close();

output_file.open("CodeFile.txt");

if(!output_file){

cout<<"can'toenfile!"<<endl;

return1;

}

for(i=0;i<strlen(str);i++){

for(j=0;j<=n;++j)

{

if(HT[j].ch==str[i])

{

output_file<<HC[j];

break;

}

}

}

output_file.close();

cout<<"\n";

cout<<"编码完毕，并且已经存入CodeFile.txt文件！\n";

input_file.open("CodeFile.txt");//从CodeFile.txt中读入编码，输出在终端

if(!input_file)

{

cout<<"can'toenfile!"<<endl;

return1;

}

input_file>>code;

cout<<"编码码值为："<<code<<endl;

input_file.close();

}

elseif(choice=='D'||choice=='d')//读入CodeFile.txt中的编码进行译码，将译出来的字符放入Textfile.txt中

{

input_file.open("CodeFile.txt");

if(!input_file){

cout<<"can'toenfile!"<<endl;

return1;

}

input_file>>h;

input_file.close();

output_file.open("Textfile.txt");

if(!output_file)

{

cout<<"can'toenfile!"<<endl;

return1;

}

k=0;

while(h[k]!='\0')//先用编码中的前几个和字符的编码相比较，然后往后移

{

for(i=1;i<=n;i++){

l=k;

for(j=0;j<strlen(HC[i]);j++,l++){

hl[j]=h[l];

}

hl[j]='\0';

if(strcmp(HC[i],hl)==0)

{

output_file<<HT[i].ch;

k=k+strlen(HC[i]);

break;

}

}

}

output_file.close();

input_file.open("Textfile.txt");

if(!input_file){

cout<<"can'toenfile!"<<endl;

return1;

}

input_file>>h;

cout<<h<<endl;

input_file.close();

cout<<"译码结束，字符已经存入Textfile.txt文件中！"<<endl;

}

elseif(choice=='Q'||choice=='q')//退出程序

{

exit(0);

}

else//如果选了选项之外的就让用户重新选择

{

cout<<"您没有输入正确的步骤，请重新输入！"<<endl;

}

cout<<endl;

}

return0;

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