哈夫曼编码实验报告

1、实验报告与总结一、实验目的1、 掌握哈夫曼编码原理；2、 熟练掌握哈夫曼树的生成方法； 3、理解数据编码压缩和译码输出编码的实现。二、实验要求实现哈夫曼编码和译码的生成算法。三、实验内容先统计要压缩编码的文件中的字符字母出现的次数，按字符字母和空格出现的概率对其进行哈夫曼编码，然后读入要编码的文件，编码后存入另一个文件；接着再调出编码后的文件，并对其进行译码输出，最后存入另一个文件中。五、实验原理1、哈夫曼树的定义：假设有n个权值，试构造一颗有n个叶子节点的二叉树，每个叶子带权值为wi，其中树带权路径最小的二叉树成为哈夫曼树或者最优二叉树；2、哈夫曼树的构造：weight为输入的频率数组，把其

2、中的值赋给依次建立的ht node对象中的data属性，即每一个ht node对应一个输入的频率。然后根据data属性按从小到大顺序排序，每次从data取出两个最小和此次小的ht node，将他们的data相加，构造出新的htnode作为他们的父节点，指针parent，leftchild，rightchild赋相应值。在把这个新的节点插入最小堆。按此步骤可以构造构造出一棵哈夫曼树。    通过已经构造出的哈夫曼树，自底向上，由频率节点开始向上寻找parent,直到parent为树的顶点为止。这样，根据每次向上搜索后，原节点为父节点的左孩子还是右孩子，来记录1或0，这样，每个

3、频率都会有一个01编码与之唯一对应，并且任何编码没有前部分是同其他完整编码一样的。六、实验流程1 初始化，统计文本文件中各字符的个数作为权值,生成哈夫曼树；2 根据符号概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序； 3 把概率最小的两个符号组成一个节点；4 重复步骤（2）（3），直到概率和为1；5 从根节点开始到相应于每个符号的“树叶”，概率大的标“0”，概率小的标“1”；6 从根节点开始，对符号进行编码；7 译码时流程逆向进行，从文件中读出哈夫曼树,并利用哈夫曼树将编码序列解码。七、实验程序#include<iostream>#include<fstream>#includ

4、e<iomanip>#include<vector>using namespace std;typedef struct /节点结构char data; /记录字符值long int weight; /记录字符权重unsigned int parent,lchild,rchild;htnode,*huffmantree; /动态分配数组存储哈夫曼树typedef char * *huffmancode; /动态分配数组存储哈夫曼编码表void select(huffmantree &ht,int i,int &s1,int &s2) /在ht1.

5、t中选择parent不为0且权值最小的两个结点，其序号分别为s1和s2 s1=0;s2=0;int n1=30000,n2=30000;for(int k=1;k<=i;k+)if(htk.parent=0)if(htk.weight<n1)n2=n1; n1=htk.weight;s2=s1; s1=k;elseif(htk.weight<n2)n2=htk.weight;s2=k;void huffmancoding(huffmantree &ht,huffmancode &hc,int n)/将要编码的字符串存入空树中ifstream fin1(&quo

6、t;zifu.txt");ifstream fin2("weight.txt");if(n<=1)return;int m=2*n-1;int i;ht=new htnodem+1;char *zifu;int *weight; zifu= new charn+1;weight=new intn+1;for(i=1;i<=n;i+)/将待编码的字符放在zifu数组中char ch;ch=fin1.get();zifui=ch;for(i=1;i<=n;i+)/将带编码字符对应的权值放在weight数组中fin2>>weighti;fo

7、r( i=1;i<=n;i+)hti.data=zifui;hti.weight=weighti;for(i=n+1;i<=m;i+)hti.data=''for(i=1;i<=m;i+)hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=0;for(i=n+1;i<=m;+i)int s1,s2;select(ht,i-1,s1,s2);hts1.parent=i; hts2.parent=i;hti.lchild=s1; hti.rchild=s2;hti.weight=hts1.weight+hts2.weight;hc=(huffm

8、ancode)malloc(n+1)*sizeof(char*);开辟一个求编码的工作空间char *cd;cd=(char *)malloc(n*sizeof(char);/开辟空间存放权值cdn-1='0'for(i=1;i<=n;i+)int start=n-1;int c,f;for( c=i, f=hti.parent;f!=0;c=f,f=htf.parent)/从叶子到根逆向求编码if(htf.lchild=c)cd-start='0'/若是左孩子编为'0'elsecd-start='1'/若是右孩子编为

9、9;1'hci=(char *)malloc(n-start)*sizeof(char); /为第i个编码分配空间strcpy(hci,&cdstart);delete cd; /释放工作空间void printhuffmantree(huffmantree ht,int n) /显示有n个叶子结点的哈夫曼树的编码表 ofstream fout("hfmtree.txt"); /将对应字符的的哈弗曼树存入cout<<"num"<<" "<<"data"<&l

10、t;" "<<"weight"<<" "<<"parent"<<" "<<"lchild"<<" "<<"rchlid"<<endl;for(int i=1;i<=2*n-1;i+)fout<<hti.weight<<setw(3)<<hti.parent<<setw(3)<<

11、hti.lchild<<setw(3)<<hti.rchild<<endl;cout<<i<<setw(5)<<hti.data<<setw(3)<<hti.weight<<setw(3)<<hti.parent<<setw(3)<<hti.lchild<<setw(3)<<hti.rchild<<endl;void printhuffmancoding(huffmantree ht,huffmancode hc,i

12、nt n)/输出字符的对应哈弗曼编码并存入code.txt文件cout<<"huffman code is:"<<endl;ofstream fout("code.txt");for(int i=1;i<=n;i+)cout<<hti.data<<" -> "cout<<(hci)<<endl;fout<<(hci)<<endl;void code_file(huffmantree ht,huffmancode hc,int n

13、)/对文件tobetran.txt进行编码，并将编码存入codefile文件中ifstream fin("tobetran.txt");ofstream fout("codefile.txt");vector<char> a;char ch;while(ch=fin.get()!='*')a.push_back(ch); cout<<"待编码的字符串为："for(int k=0;k<a.size();k+)cout<<ak;cout<<endl;cout<&l

14、t;"n编码结果:"<<endl;for(int i=0;i<a.size();i+) for(int j=1;j<=n;j+)if(ai=htj.data) fout<<hcj; break;fin.close();fout.close();void decoding(huffmantree ht,huffmancode hc,int n)/打开codefile文件并对文件内容进行译码int const m=2*n-1;ifstream fin("codefile.txt");ofstream fout("

15、textfile.txt");vector<char> a;for(char c;fin>>c;) a.push_back(c); int count=0;for(int k=0;k<a.size();k+) cout<<ak;count+;if(count%50=0)cout<<endl;int i=0;int p; /用p来记住m的值cout<<endl;cout<<"n译码结果："<<endl;while(i<a.size()p=m; /从哈弗曼数的根开始遍历wh

16、ile(htp.lchild) if(ai='1') p=htp.rchild; else p=htp.lchild; i+;fout<<htp.data; cout<<htp.data;void main()int n;cout<<"输入权值个数：" /设置权值数值cin>>n; printf("n");huffmantree ht; /哈夫曼树hthuffmancode hc; /哈夫曼编码表hchuffmancoding(ht,hc,n); /进行哈夫曼编码printhuffmanco

17、ding(ht,hc,n); /显示编码的字符printf("n");code_file(ht,hc,n); /显示要编码的字符串，并把编码值显示出来decoding(ht,hc,n); /译码并显示译码后的字符串printf("nnn");system("pause");八、结果分析哈夫曼编码是动态变长编码，临时建立概率统计表和编码树。概率小的码比较长，概率小的码比较长。概率大的码短，这样把一篇文件编码后，就会压缩许多。从树的角度看，哈夫曼编码方式是尽量把短码都利用上。首先，把一阶节点全都用上，如果码字不够时，然后，再从某个节点伸出若干枝，引出二阶节点作为码字，以此类推