哈夫曼編碼實驗報告

1、 實驗一 哈夫曼編碼一、實驗?zāi)康?、 掌握哈夫曼編碼原理；2、 熟練掌握哈夫曼樹的生成方法； 3、理解數(shù)據(jù)編碼壓縮和譯碼輸出編碼的實現(xiàn)。二、實驗要求實現(xiàn)哈夫曼編碼和譯碼的生成算法。三、實驗容先統(tǒng)計要壓縮編碼的文件中的字符字母出現(xiàn)的次數(shù)，按字符字母和空格出現(xiàn)的概率對其進行哈夫曼編碼，然后讀入要編碼的文件，編碼后存入另一個文件；接著再調(diào)出編碼后的文件，并對其進行譯碼輸出，最后存入另一個文件中。五、實驗原理1、哈夫曼樹的定義：假設(shè)有n個權(quán)值，試構(gòu)造一顆有n個葉子節(jié)點的二叉樹，每個葉子帶權(quán)值為wi，其中樹帶權(quán)路徑最小的二叉樹成為哈夫曼樹或者最優(yōu)二叉樹；2、哈夫曼樹的構(gòu)造：weight為輸入的頻率數(shù)組，

2、把其中的值賦給依次建立的HTNode對象中的data屬性，即每一個HTNode對應(yīng)一個輸入的頻率。然后根據(jù)data屬性按從小到大順序排序，每次從data取出兩個最小和此次小的HTNode，將他們的data相加，構(gòu)造出新的HTNode作為他們的父節(jié)點，指針parent，leftchild，rightchild賦相應(yīng)值。在把這個新的節(jié)點插入最小堆。按此步驟可以構(gòu)造構(gòu)造出一棵哈夫曼樹。   通過已經(jīng)構(gòu)造出的哈夫曼樹，自底向上，由頻率節(jié)點開始向上尋找parent,直到parent為樹的頂點為止。這樣，根據(jù)每次向上搜索后，原節(jié)點為父節(jié)點的左孩子還是右孩子，來記錄1或0，這樣，每個頻率

3、都會有一個01編碼與之唯一對應(yīng)，并且任何編碼沒有前部分是同其他完整編碼一樣的。六、實驗流程1 初始化，統(tǒng)計文本文件中各字符的個數(shù)作為權(quán)值,生成哈夫曼樹；2 根據(jù)符號概率的大小按由大到小順序?qū)Ψ栠M行排序；3 把概率最小的兩個符號組成一個節(jié)點；4 重復(fù)步驟（2）（3），直到概率和為1；5 從根節(jié)點開始到相應(yīng)于每個符號的“樹葉”，概率大的標(biāo)“0”，概率小的標(biāo)“1”；6 從根節(jié)點開始，對符號進行編碼；7 譯碼時流程逆向進行，從文件中讀出哈夫曼樹,并利用哈夫曼樹將編碼序列解碼。七、實驗程序#include<iostream>#include<fstream>#include&l

4、t;iomanip>#include<vector>using namespace std;typedef struct /節(jié)點結(jié)構(gòu)char data; /記錄字符值long int weight; /記錄字符權(quán)重unsigned int parent,lchild,rchild;HTNode,*HuffmanTree; /動態(tài)分配數(shù)組存儲哈夫曼樹typedef char * *HuffmanCode;/動態(tài)分配數(shù)組存儲哈夫曼編碼表void Select(HuffmanTree &HT,int i,int &s1,int &s2) /在HT1.t中選擇

5、parent不為0且權(quán)值最小的兩個結(jié)點，其序號分別為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)/將要編碼的字符串存入空樹中ifstream fin1("zi

6、fu.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+)/將待編碼的字符放在zifu數(shù)組中char ch;ch=fin1.get();zifui=ch;for(i=1;i<=n;i+)/將帶編碼字符對應(yīng)的權(quán)值放在weight數(shù)組中fin2>>weighti;for( i

7、=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=(HuffmanCo

8、de)malloc(n+1)*sizeof(char*);開辟一個求編碼的工作空間char *cd;cd=(char *)malloc(n*sizeof(char);/開辟空間存放權(quán)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)/從葉子到根逆向求編碼if(HTf.lchild=c)cd-start='0'/若是左孩子編為'0'elsecd-start='1'/若是右孩子編為'1&

9、#39;HCi=(char *)malloc(n-start)*sizeof(char);/為第i個編碼分配空間strcpy(HCi,&cdstart);delete cd;/釋放工作空間void printHuffmanTree(HuffmanTree HT,int n) /顯示有n個葉子結(jié)點的哈夫曼樹的編碼表 ofstream fout("hfmtree.txt"); /將對應(yīng)字符的的哈弗曼樹存入cout<<"NUM"<<" "<<"data"<<&quo

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)<<HTi.lc

11、hild<<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,int n)/

12、輸出字符的對應(yīng)哈弗曼編碼并存入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)/對文件t

13、obetran.txt進行編碼，并將編碼存入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<<"待編碼的字符串為："for(int k=0;k<a.size();k+)cout<<ak;cout<<endl;cout<<&quo

14、t;n編碼結(jié)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)/打開codefile文件并對文件容進行譯碼int const m=2*n-1;ifstream fin("codefile.txt");ofstream fout("textfil

15、e.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來記住m的值cout<<endl;cout<<"n譯碼結(jié)果："<<endl;while(i<a.size()p=m; /從哈弗曼數(shù)的根開始遍歷while(HTp

16、.lchild) if(ai='1') p=HTp.rchild; else p=HTp.lchild; i+;fout<<HTp.data; cout<<HTp.data;void main()int n;cout<<"輸入權(quán)值個數(shù)：" /設(shè)置權(quán)值數(shù)值cin>>n; printf("n");HuffmanTree HT; /哈夫曼樹HTHuffmanCode HC; /哈夫曼編碼表HCHuffmanCoding(HT,HC,n); /進行哈夫曼編碼printHuffmanCoding(HT

17、,HC,n); /顯示編碼的字符printf("n");code_file(HT,HC,n); /顯示要編碼的字符串，并把編碼值顯示出來Decoding(HT,HC,n); /譯碼并顯示譯碼后的字符串printf("nnn");system("pause");八、結(jié)果分析哈夫曼編碼是動態(tài)變長編碼，臨時建立概率統(tǒng)計表和編碼樹。概率小的碼比較長，概率小的碼比較長。概率大的碼短，這樣把一篇文件編碼后，就會壓縮許多。從樹的角度看，哈夫曼編碼方式是盡量把短碼都利用上。首先，把一階節(jié)點全都用上，如果碼字不夠時，然后，再從某個節(jié)點伸出若干枝，引出二階節(jié)點作為碼字，以此類推，顯然所得