哈夫曼編碼實驗報告

1、.實驗報告與總結(jié)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、實驗內(nèi)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，把

2、其中的值賦給依次建立的HT Node對象中的data屬性，即每一個HT Node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HT Node，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，每個頻率都會有一個01編碼與

3、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#include#include#includeusing namespace std;typedef struct

4、 /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;

5、k+)if(HTk.parent=0)if(HTk.weightn1)n2=n1; n1=HTk.weight;s2=s1; s1=k;elseif(HTk.weightn2)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(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;

6、 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;iweighti;for( 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.par

7、ent=i; HTs2.parent=i;HTi.lchild=s1; HTi.rchild=s2;HTi.weight=HTs1.weight+HTs2.weight;HC=(HuffmanCode)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.lc

8、hild=c)cd-start=0;/若是左孩子編為0elsecd-start=1;/若是右孩子編為1HCi=(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coutNUM data weight parent lchild rchlidendl;for(in

9、t i=1;i=2*n-1;i+)foutHTi.weightsetw(3)HTi.parentsetw(3)HTi.lchildsetw(3)HTi.rchildendl;coutisetw(5)HTi.datasetw(3)HTi.weightsetw(3)HTi.parentsetw(3)HTi.lchildsetw(3)HTi.rchildendl;void printHuffmanCoding(HuffmanTree HT,HuffmanCode HC,int n)/輸出字符的對應(yīng)哈弗曼編碼并存入code.txt文件coutHuffman code is:endl;ofstream

10、fout(code.txt);for(int i=1;i=n;i+)coutHTi.data ;cout(HCi)endl;fout(HCi)endl;void code_file(HuffmanTree HT,HuffmanCode HC,int n)/對文件tobetran.txt進行編碼，并將編碼存入codefile文件中ifstream fin(tobetran.txt);ofstream fout(codefile.txt);vector a;char ch;while(ch=fin.get()!=*)a.push_back(ch); cout待編碼的字符串為：;for(int k=

11、0;ka.size();k+)coutak;coutendl;coutn編碼結(jié)果:endl;for(int i=0;ia.size();i+) for(int j=1;j=n;j+)if(ai=HTj.data) foutHCj; break;fin.close();fout.close();void Decoding(HuffmanTree HT,HuffmanCode HC,int n)/打開codefile文件并對文件內(nèi)容進行譯碼int const m=2*n-1;ifstream fin(codefile.txt);ofstream fout(textfile.txt);vector

12、a;for(char c;finc;) a.push_back(c); int count=0;for(int k=0;ka.size();k+) coutak;count+;if(count%50=0)coutendl;int i=0;int p; /用p來記住m的值coutendl;coutn譯碼結(jié)果：endl;while(ia.size()p=m; /從哈弗曼數(shù)的根開始遍歷while(HTp.lchild) if(ai=1) p=HTp.rchild; else p=HTp.lchild; i+;foutHTp.data; coutHTp.data;void main()int n;co

13、utn; 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,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，顯然所得碼長最短，再根據(jù)建立的概率統(tǒng)計表合理分布和放置，使其平均碼長最短就可以得到最佳碼。九、實驗總結(jié)通過這次實驗