算法与数据结构课程设计哈夫曼编码和译码的设计与实现1.问题描述利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，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（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设计一个哈夫曼码的编/译码系统。

2.基本要求a.编/译码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，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

（2）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。

（3）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。

（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：印哈夫曼树（Tree printing）。

将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式或广义表）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。

b.测试数据（1）利用下面这道题中的数据调试程序。

某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其概率分别为0.25，0.29，0.07，0.08，0.14，0.23，0.03，0.11，试设计哈夫曼编码。

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

字符空格 A B C D E F G H I J K L M频度 186 64 13 22 32 103 21 15 47 57 1 5 32 20字符 N O P Q R S T U V W X Y Z频度57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 13．需求分析3.1程序的基本功能本程序可以对任何大小的字符型文件进行Huffman编码，生成一个编码文件。

并可以在程序运行结束后的任意时间对它解码还原生成字符文件。

即：先对一条电文进行输入，并实现Huffman编码，然后对Huffman编码生成的代码串进行译码，最后输出电文数字3.2输入/输出形式当进行编码时输入为原字符文件文件名，当程序运行编码完成之后输入编码文件名（默认名为code.dll）。

当进行译码时输入为编码文件名（默认名为code.dll），从文件中读取Huffman 编码树后输入字符文件的文件名。

3.3测试数据要求本程序中测试数据主要为字符型文件。

4．概要设计1.2．功能模块说明（1）.编码：提示要编码的文件文件名→读取文件→以字母出现次数为权值建立哈弗曼树→对文本进行哈弗曼编码并输出编码→提示将编码保存的文件名→保存编码文件；（2）.译码：提示输入要译码的文件名→利用建立好的哈弗曼树进行译码→将译码输出→提示保存译码文件的文件名→保存译码文件；（3）.退出：退出系统，程序运行结束。

5．详细设计创建哈弗曼树编码译码6．调试分析1.从叶子节点开始向上遍历二叉树,获得哈夫曼编码;2.根据哈夫曼编码遍历哈夫曼树直到叶子节点,获得译码3.算法的时间复杂度分析：程序部分用双循环嵌套结构，时间复杂度为O（n2）.4．算法的空间复杂度分析：算法的空间复杂度为O（n）5. 程序需要反复调试，并且调试过程比较慢，需要有一个比较正确的调试方法，更需要我们有耐心7．用户使用说明1.输入字符的个数n2输入n个字符和n个权值3 选择（1—5）操作可对huffman树进行编码和译码以及huffman树表的打印4 退出系统8．测试结果9．附录#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#include "string.h"#define MAX 100struct HafNode{int weight;int parent;char ch;int lchild;int rchild;}*myHaffTree;struct Coding{char bit[MAX];char ch;int weight;}*myHaffCode;void Haffman(int n)/* 构造哈弗曼树*/ {int i,j,x1,x2,s1,s2;for (i=n+1;i<=2*n-1;i++){s1=s2=10000;x1=x2=0;for (j=1;j<=i-1;j++){if(myHaffTree[j].parent==0&&myHaffTree[j].weight<s1){s2=s1;x2=x1;s1=myHaffTree[j].weight;x1=j;}else if(myHaffTree[j].parent==0&&myHaffTree[j].weight<s2){s2=myHaffTree[j].weight;x2=j;}}myHaffTree[x1].parent=i;myHaffTree[x2].parent=i;myHaffTree[i].weight=s1+s2;myHaffTree[i].lchild=x1;myHaffTree[i].rchild=x2;}}void HaffmanCode(int n){int start,c,f,i,j,k;char *cd;cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));myHaffCode=(struct Coding *)malloc((n+1)*sizeof(struct Coding)); cd[n-1]='\0';for(i=1;i<=n;++i){start=n-1;for(c=i,f=myHaffTree[i].parent;f!=0;c=f,f=myHaffTree[f].parent) if(myHaffTree[f].lchild==c) cd[--start]='0';else cd[--start]='1';for(j=start,k=0;j<n;j++){myHaffCode[i].bit[k]=cd[j];k++;}myHaffCode[i].ch=myHaffTree[i].ch;myHaffCode[i].weight=myHaffTree[i].weight;}free(cd);}void print(){printf("************************************************************************* ******\n");printf("***** *****\n");printf("***** *****\n");printf("***** welcome to huffman coding and codeprinting *****\n");printf("***** *****\n");printf("***** *****\n");printf("*****1.init 2.coding 3.codeprinting 4.print the huffman 5.exit *****\n");printf("***** *****\n");printf("************************************************************************* ******\n");}Init(){int i,n,m;printf("now init\n");printf("please input the number of words:\n");scanf("%d",&n);m=2*n-1;myHaffTree=(struct HafNode *)malloc(sizeof(struct HafNode)*(m+1));for(i=1;i<=n;i++){printf("please input the word and the equal:\n");scanf("%s%d",&myHaffTree[i].ch,&myHaffTree[i].weight);myHaffTree[i].parent=0;myHaffTree[i].lchild=0;myHaffTree[i].rchild=0;}for(i=n+1;i<=m;i++){myHaffTree[i].ch ='#';myHaffTree[i].lchild=0;myHaffTree[i].parent=0;myHaffTree[i].rchild=0;myHaffTree[i].weight=0;}Haffman(n);HaffmanCode(n);for(i=1;i<=n;i++){printf("%c %d",myHaffCode[i].ch,myHaffCode[i].weight); printf("\n");}printf("init success!\n");return n;}void Caozuo_C(int m)/* 对字符进行编码*/{int n,i,j;char string[50],*p;printf("please input the words：\n");scanf("%s",string);n=strlen(string);for(i=1,p=string;i<=n;i++,p++){for(j=1;j<=m;j++)if(myHaffCode[j].ch==*p)printf("%s\n",myHaffCode[j].bit);}}void Caozuo_D(int n){int i,c;char code[1000],*p;printf("please input the coding：\n");scanf("%s",code);for(p=code,c=2*n-1;*p!='\0';p++){if(*p=='0'){c=myHaffTree[c].lchild;if(myHaffTree[c].lchild==0){printf("%c",myHaffTree[c].ch);c=2*n-1;continue;}}else if(*p=='1'){c=myHaffTree[c].rchild;if(myHaffTree[c].lchild==0){printf("%c",myHaffTree[c].ch);c=2*n-1;continue;}}}printf("\n");}void Caozuo_T(int n){int i;printf("word equal leftchild rightchild prents\n");for(i=1;i<=2*n-1;i++)printf("%c %d %d %d %d\n",myHaffTree[i].ch,myHaffTree[i].weight,myHaffTree[i].lchild,myHaf fTree[i].rchild,myHaffTree[i].parent);}main(){int n;char char1;print();n=Init();while(1){printf("A.coding B.codeprinting C.print the huffman D.exit\nplease input the process:\n");scanf("%s",&char1);if(char1=='D')break;switch(char1){case'A':Caozuo_C(n);break;/* 执行编码操作*/case'B':Caozuo_D(n);break;/* 执行译码操作*/case'C':Caozuo_T(n);break;/* 打印哈弗曼树*/}}}。