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1、目 录1 问题描述12 需求分析13 概要设计231抽象数据类型定义232模块划分34 详细设计441数据类型的定义442主要模块的算法描述44、3 流程图65 测试分析96 课程设计总结10参考文献11附录（源程序清单）121 问题描述设计一个利用哈夫曼算法的编码和译码系统，重复地显示并处理以下项目，直到选择退出为止。1)将权值数据存放在数据文件(文件名为data.txt，位于执行程序的当前目录中) 2)采用静态存储结构3)初始化：键盘输入字符集大小n、n个字符和n个权值，建立哈夫曼树；4)编码：利用建好的哈夫曼树生成哈夫曼编码；5)输出编码；6)设字符集及频度如下表：字符 空格 A B C
2、 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 1 2 需求分析（1）定义一个变量名为HTNode的结构体，用该结构体中的char data、int weight、int parent、int lchild、int rchild分别表示哈夫曼树中每个结点的权值、权重、双亲结点、左孩子、右孩子，再定义一个HTNode类型的数组ht30存放哈夫曼树；另外定义一个变量名为HCode的结构体，采
3、用HCode类型变量的cdstartcdn存放当前结点的哈夫曼编码、最后定义一个HCode类型的数组hcd30的数组用于存放当前叶子结点hti的哈夫曼编码。（2）编写CodeInput(n,ht)函数并在函数中设置一个for(i=0;n;+)循环，首先输入n个字符，再利用函数中的for(i=0;n;+)循环实现对这n个字符的权值的输入。（3）编写CreateHT(ht,n)函数来构造一棵哈夫曼树，首先用一个for(i=0;2*n-1;+)循环将所有2n-1个结点的parent、lchild、rchild域均置初值为-1；再用一个for(i=n;2*n-1;+)循环来构造哈夫曼树，在该循环中首先
4、令lnode和rnode为最小权值的两个结点位置且其域值均为-1，再用一个for(k=0;=i-1;k+)循环在数组ht30中寻找权值最小的两个结点并且只能在尚未构造二叉树的结点中查找，由于只能在尚未构造二叉树的结点中查找，因此在for(k=0;k=i-1;k+)循环中加入一个if(htk.parent=-1)语句来判断结点lnode和rnode是否已经在二叉树中，如果结点lnode和rnode在二叉树中，则结点lnode和rnode的parent的值为其双亲结点在数组ht30中的序号就不会为-1了，在查找到htlnode和htrnode后将他们作为hti的左右子树，htlnode和htrno
5、de的双亲结点置为hti，且hti.weight=htlnode.weight+htrnode.weight。如此处理下去，直到所有2n-1个结点处理完毕。（4）编写CreateHCode(ht,hcd,n)函数来求哈夫曼编码，由于求哈夫曼编码只需求叶子结点的哈夫曼编码。对于当前叶子结点hti，首先将对应的哈夫曼编码hcdi的start域值置初值n，找其双亲结点htf，若当前结点是双亲结点的左孩子结点，则在hcdi的cd数组中添加0，若当前结点是双亲的右孩子结点，则在hcdi的cd数组中添加1，将start域减1。再对双亲结点进行同样的操作，直到无双亲结点为止，最后让start指向哈夫曼编码最
6、开始字符。因此在函数中设置一个for(i=0;in;i+)循环，在循环中设置一个while(f!=-1)循环语句来判断循环是否到了根结点，再在while(f!=-1)中设置一个if(htf.lchild=c)语句来判断该处理左孩子结点还是该处理右孩子结点。最后用这个for(i=0;in;i+)循环来根据哈夫曼树求出哈夫曼编码。（5）最后编写CodeOutput(n,hcd)函数，首先利用for(i=0;in;i+)循环和for(j=hcdi.start;j=n;j+)循环来实现所有字符的哈夫曼编码的输出；再利用for(i=0;in;i+)循环和for(j=hcdi.start;j=n;j+)循
7、环来实现每个字符的序号和哈夫曼编码的输出。3 概要设计31抽象数据类型定义（1）树的抽象数据类型定义ADT Stack数据对象：D=ai|aiElemSet,i=1,2,.,n, n0数据关系：若D为空集，则称为空树。 若D仅为一个数据元素，则R为空集，否则R=H，H是如下的二元关系：（1）再D中存在唯一的称为根的数据元素root，它在关系H下无前驱。（2）若D-root空集，则存在一个划分D1，D2，Dm（m0）。（3）对应于D-root的划分，H-root，X1，有唯一的一个划分H1，H2，Hm（m0）。基本操作：InitTree(&T)操作结果：构造空树T。DestroyTree(&T)
8、初始条件：树T已存在。操作结果：树T被销毁。ClearTree(&T)初始条件：树T已存在。操作结果：将树T清为空栈。TreeEmpty(T)初始条件：树T已存在。操作结果：若树T为空，则返回TRUE，否则FALSE。TreeDepth(T)初始条件:树T已存在。操作结果：返回T的深度。Root（T）初始条件：树T已存在。操作结果：返回树T的根。32模块划分本程序包括三个模块：（1）主程序模块void main()初始化；构造哈夫曼树；求哈夫曼编码；哈夫曼编码输出；（2）哈夫曼模块实现哈夫曼树的抽象数据类型（3）求哈夫曼编码模块实现求哈夫曼编码算法的数据类型4 详细设计41数据类型的定义（1）
9、哈夫曼树类型typedef struct/构造树 char data;/结点权值 int weight;/权重 int parent;/双亲结点 int lchild;/左孩子 int rchild;/右孩子 HTNode; HTNode ht30;（2）求哈夫曼编码类型typedef struct char cd30;/存放当前结点的哈弗曼编码 int start;/cdstartcdn存放哈弗曼码 HCode; HCode hcd30;42主要模块的算法描述（1）主函数int main() int n; printf(请输入要输入的字符数量n:);/读入字符的个数 while(scanf(
10、%d,&n),n!=-1)/初始化 printf(请输入n个字符和n个权值n); CodeInput(n,ht);/输入数据函数，将读入n个字符和权重 CreateHT(ht,n);/构造哈弗曼树 CreateHCode(ht,hcd,n);/哈弗曼编码算法 CodeOutput(n,hcd);/打印哈弗曼编码，将打印出编码，和每一个字符的编码 return 0;（2）构造哈夫曼树void CreateHT(HTNode ht,int n)/构造一棵哈夫曼树 int i,k,lnode,rnode; int min1,min2; for (i=0;i2*n-1;i+)/所有结点的相关域置初值-
11、1 hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=-1; for (i=n;i2*n-1;i+)/构造哈弗曼树 min1=min2=32767;/lnode和rnode为最小权值的两个结点位置 lnode=rnode=-1; for (k=0;k=i-1; k+)/在ht中查找权值的最小的两个结点 if (htk.parent=-1)/只在尚未构造的二叉树的结点中查找 if (htk.weightmin1) min2=min1;rnode=lnode; min1=htk.weight; lnode=k; else if (htk.weightmin2) min2=htk.w
12、eight; rnode=k; htlnode.parent=i; htrnode.parent=i; hti.weight=htlnode.weight+htrnode.weight; hti.lchild=lnode; hti.rchild=rnode;/ht作为双亲结点 （3）利用哈夫曼编码算法哈夫曼编码void CreateHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) int i,f,c; HCode hc; for(i=0; in; i+)/根据哈弗曼树求哈弗曼编码 hc.start=n; c=i; f=hti.parent; while (f!=-1)/循环知道
13、树的根结点 if(htf.lchild=c) hc.cdhc.start-=0;/处理左孩子结点 else hc.cdhc.start-=1;/处理右孩子结点 c=f; f=htf.parent; hc.start+;/start指向哈弗曼编码最开始的位置 hcdi=hc; 43 流程图（1）主函数流程图如图4.3-1Int I,f,c;i+Hc.start+;multiplexi=0hc.start=n;c=i;inf!=-1图4.3-2哈夫曼编码算法流程图Int i;scanf(“%d”,&htt.wei+in结束开始图4.3-1主函数流程图（2）哈夫曼编码算法流程图，如图4.3-2（3）
14、构造树函数流程图，如图4.3-3Int k,lnode,mode;Hti.parent=hti.childi+i=nHtlnode,parent=i;Min1=min2=32767Multiplexi=0;i2*2*n-1i2*n-1i+图4.3-3构造树函数流程图5 测试分析测试数据及结果如下：JDKHSGAF结果分析：首先确定要输入的字符数量n为8，然后分别输入这8个字符和这8个字符的权值，且输入的这8个字符分别为B、C、D、E、F、G、H、I而这8个字符对应的权值分别为13、22、32、103、21、15、47、57。其次根据输出的结果可知：所有字符的哈夫曼为00101100100011
15、11110000011。其中序号0表示字符A，其哈夫曼编码为0010；序号1表示字符S，其哈夫曼编码为110；序号2表示字符D，其哈夫曼编码为010；序号3表示字符F，其哈夫曼编码为0011；序号4表示字符G，其哈夫曼编码为111；序号5表示字符H，其哈夫曼编码为10；序号6表示字符J，其哈夫曼编码为000；序号7表 ICFEHDBG示字符K，其哈夫曼编码为011，这个8个字符 对应的哈夫曼树如右图。 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 16 课程设计总结通过这次课程设计使我充分的理解了用哈夫曼树再编码问题中基本原理的应用，知道了树的不同存储结构的定义和算法描述，同时也学会了编
16、写简单的哈夫曼编码问题的程序。虽然此次的程序不是很完备，但是总体还是一个比较能体现数据结构知识点能力的程序，当然只是相对于我这个初学者来说。在刚开始编程的时候，我感到很茫然，无从下手。但是困难是可以解决的，只要通过努力，向老师虚心学习请教，再难的题目也可以自己动手完成。通过这次的数据结构课程设计，我也深刻了解到这门学问的博大精深，要积极进取，不断学习，不断积累知识。同时也认识到自己的不足和缺点，做什么事都需要细心和耐心，并坚持下去，这样才还有一个比较满意的成果。在此我非常要感谢的是我的指导老师成蒲保兴教授，感谢老师的细心认真的辅导，让我对数据结构这门课程有了跟深刻的认识，同时我还要感谢帮助过我
17、的同学，没有他们的帮助我不肯能完成这样顺利，谢谢！参考文献1 黄同成，黄俊民，董建寅数据结构M北京：中国电力出版社，20082 董建寅，黄俊民，黄同成数据结构实验指导与题解M北京：中国电力出版社，20083 严蔚敏，吴伟民. 数据结构（C语言版）M. 北京：清华大学出版社，20024 刘振鹏，张晓莉，郝杰数据结构M北京：中国铁道出版社，2003附录（源程序清单）#include #include typedef struct/构造树 char data;/结点权值 int weight;/权重 int parent;/双亲结点 int lchild;/左孩子 int rchild;/右孩子 H
18、TNode; HTNode ht30; typedef struct char cd30;/存放当前结点的哈弗曼编码 int start;/cdstartcdn存放哈弗曼码 HCode; HCode hcd30; void CreateHT(HTNode ht,int n) int i,k,lnode,rnode; int min1,min2; for (i=0;i2*n-1;i+)/所有结点的相关域置初值-1 hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=-1; for (i=n;i2*n-1;i+)/构造哈弗曼树 min1=min2=32767;/lnode和rnode
19、为最小权值的两个结点位置 lnode=rnode=-1; for (k=0;k=i-1; k+)/在ht中查找权值的最小的两个结点 if (htk.parent=-1)/只在尚未构造的二叉树的结点中查找 if (htk.weightmin1) min2=min1;rnode=lnode; min1=htk.weight; lnode=k; else if (htk.weightmin2) min2=htk.weight; rnode=k; htlnode.parent=i; htrnode.parent=i; hti.weight=htlnode.weight+htrnode.weight;
20、hti.lchild=lnode; hti.rchild=rnode;/ht作为双亲结点 void CreateHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) int i,f,c; HCode hc; for(i=0; in; i+)/根据哈弗曼树求哈弗曼编码 hc.start=n; c=i; f=hti.parent; while (f!=-1)/循环知道树的根结点 if(htf.lchild=c) hc.cdhc.start-=0;/处理左孩子结点 else hc.cdhc.start-=1;/处理右孩子结点 c=f; f=htf.parent; hc.start+;/s
21、tart指向哈弗曼编码最开始的位置 hcdi=hc; void CodeInput(int n,HTNode ht) int i; char ch30; scanf(%s,ch); for (i=0;in;i+) scanf(%d,&hti.weight);void CodeOutput(int n,HCode hcd) int i,j; printf(所有字符的哈弗曼编码n); for (i=0;in;i+) for(j=hcdi.start;j=n;j+) printf(%c,hcdi.cdj); printf(n); for (i=0;in;i+) printf(序号%d: ,i); for(j=hcdi.start;j=n;j+) printf(%c,hcdi.cdj); printf(n); int main() int n; printf(请输入要输入的字符数量n:); while(scanf(%d,&n),n!=-1) printf(请输入n个字符和n个权值n); CodeInput(n,ht);/输入数据函数，将读入n个字符和权重 CreateHT(ht,n);/构造哈弗曼树 CreateHCode(ht,hcd,n);/哈弗曼编码算法 CodeOutput(n,hcd);/打印哈弗曼编码，将打印出编码，和每一个字符的编码 return 0;