标签：roman loading 删除 parent time 构造 退出 树根 sizeof
一、实验目的
1、了解文件的概念。
2、掌握线性链表的插入、删除等算法。
3、掌握Huffman树的概念及构造方法。
4、掌握二叉树的存储结构及遍历算法。
5、利用Huffman树及Huffman编码，掌握实现文件压缩的一般原理。
二、设备与环境
微型计算机、Windows系列操作系统 、Visual C++6.0软件等。
三、实验内容
根据ASCII码文件中各ASCII字符出现的频率情况创建Huffman树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中，实现文件压缩。
四、实验结果及分析
1、概要设计
（1）构造哈夫曼树的哈夫曼算法
构造哈夫曼树步骤：
<1>根据给定的n个权值{w1,w2……wn},构造n棵树只有根结点的二叉树，起权值为wj。
<2>在森林中选取两棵根结点权值最小和次小的树作为左右子树，构造一棵新的二叉树，置新的二叉树根结点权值为其左右子树根结点权值之和。
<3>在森林中删除这两棵树，同时将新得到的二叉树加入森林中。
重复上述两步，直到只含一棵树为止，这棵树即为哈夫曼树。
算法结构如图：
（2）哈夫曼编码：数据通信用的二进制编码
思想：根据字符出现的频率编码，使电文总长最短
编码：根据字符出现的频率构造哈夫曼树，然后将树中结点引向其左孩子的分支标“0”，引向其右孩子的分支标“1”；每个字符的编码即为从根到每个叶子的路径上得到的0、1序列。
（3）文本编码
读取存放在文本中的字母，一对一的进行编译，将对应的编码存放在另一个文本中。
2、详细设计
（1）压缩过程图解
（2）详细代码
1 #include <stdio.h> 2 #include <string.h> 3 #include <stdlib.h> 4 #include <conio.h> 5 6 /*哈夫曼树结构定义*/ 7 struct head 8 { 9 unsigned char b; /*定义一个字符*/ 10 long count; /*频率数据*/ 11 long parent,lch,rch; /*创建哈夫曼树*/ 12 char bits[256]; /*哈夫曼结点*/ 13 }header[512],tmp; 14 15 16 /*压缩文件*/ 17 void yasuo() 18 { 19 char filename[255],outputfile[255],buf[512]; 20 unsigned char c; 21 char wenjianming[255]; 22 long i,j,m,n,f; 23 long min1,pt1,flength; 24 FILE *ifp,*ofp; 25 printf("请输入文件地址及文件名："); 26 gets(filename); 27 ifp = fopen(filename,"rb"); /*打开源文件并读取*/ 28 while(ifp==NULL) 29 { 30 printf("打开文件时出错！\n"); 31 printf("请重新输入文件地址及文件名："); 32 gets(filename); 33 ifp=fopen(filename,"rb"); 34 } 35 printf("请输入压缩后的文件地址和文件名及后缀："); 36 gets(wenjianming); 37 ofp = fopen(wenjianming,"wb"); /*创建并打开目的文件*/ 38 39 while(ofp==NULL) 40 { 41 printf("请重新输入压缩后的文件地址和文件名及后缀："); 42 ofp=fopen(wenjianming,"wb"); 43 } 44 flength = 0; 45 46 /*读取ifp文件*/ 47 while(!feof(ifp)) 48 { 49 fread(&c,1,1,ifp); /*按位读取文件*/ 50 header[c].count++; /*记录文件的字符总数*/ 51 flength++; 52 } 53 flength = -1; 54 header[c].count = -1; /*读取文件结束*/ 55 /*构造哈弗曼树，初始结点的设置*/ 56 for(i=0;i<512;i++) 57 { 58 if(header[i].count != 0) 59 header[i].b = (unsigned char)i; 60 else 61 header[i].b = 0; 62 header[i].parent = -1; 63 header[i].lch = header[i].rch = -1; 64 } 65 /*按结点出现的次数排序*/ 66 for(i=0;i<256;i++) 67 { 68 for(j=i+1;j<256;j++) 69 { 70 if(header[i].count < header[j].count) 71 { 72 tmp=header[i]; 73 header[i] = header[j]; 74 header[j] = tmp; 75 } 76 } 77 } 78 /*统计不同字符的数量*/ 79 for(i=0;i<256;i++) 80 if(header[i].count==0) 81 break; 82 n=i; 83 m=2*n-1; 84 for(i=n;i<m;i++) 85 { 86 min1=999999999; 87 for(j=0;j<i;j++) 88 { 89 if(header[j].parent!=-1) 90 continue; 91 if(min1>header[j].count) 92 { 93 pt1=j; 94 min1=header[j].count; 95 continue; 96 } 97 } 98 header[i].count=header[pt1].count; 99 header[pt1].parent=i; 100 header[i].lch=pt1; 101 min1=999999999; 102 for(j=0;j<i;j++) 103 { 104 if(header[j].parent!=-1) 105 continue; 106 if(min1>header[j].count) 107 { 108 pt1=j; 109 min1=header[j].count; 110 continue; 111 } 112 } 113 header[i].count+=header[pt1].count; 114 header[i].rch=pt1; 115 header[pt1].parent=i; 116 } 117 /*构造哈夫曼树，设置字符编码*/ 118 for(i=0;i<n;i++) 119 { 120 f = i; 121 header[i].bits[0] = 0; 122 while(header[f].parent != -1) 123 { 124 j = f; 125 f = header[f].parent; 126 if(header[f].lch==j) 127 { 128 j = strlen(header[i].bits); 129 memmove(header[i].bits+1,header[i].bits,j+1); 130 header[i].bits[0]=‘0‘; 131 } 132 else 133 { 134 j=strlen(header[i].bits); 135 memmove(header[i].bits+1,header[i].bits,j+1); 136 header[i].bits[0]=‘1‘; 137 } 138 } 139 } /*哈弗曼构造结束*/ 140 141 //读取源文件中的每一个字符，按照设置好的编码替换文件中的字符 142 fseek(ifp,0,SEEK_SET); /*把文件指针指向文件的开头*/ 143 fwrite(&flength,sizeof(int),1,ofp); /*把哈弗曼代码写入ofp文件*/ 144 fseek(ofp,8,SEEK_SET); /*以8位二进制数为单位读取*/ 145 buf[0] = 0; 146 f = 0; 147 pt1 = 8; 148 while(!feof(ifp)) 149 { 150 c=fgetc(ifp); //从流中读取一个字符，并增加文件指针的位置 151 f++; 152 for(i=0;i<n;i++) 153 { 154 if(c==header[i].b) 155 break; 156 } 157 strcat(buf,header[i].bits); //把header[i].bits所指字符串添加到buf结尾处 158 j = strlen(buf); //计算字符串buf的长度 159 c = 0; 160 while(j>=8) /*按八位二进制数转化成十进制ASCII码写入文件一次进行压缩*/ 161 { 162 for(i=0;i<8;i++) 163 { 164 if(buf[i]==‘1‘) c=(c<<1)|1; 165 else c=c<<1; 166 } 167 fwrite(&c,1,1,ofp); 168 pt1++; 169 strcpy(buf,buf+8); 170 j=strlen(buf); 171 } 172 if(f==flength) 173 break; 174 } 175 if(j > 0) /*剩余字符数量少于8个*/ 176 { 177 strcat(buf,"00000000"); 178 for(i=0;i<8;i++) 179 { 180 if(buf[i]==‘1‘) c=(c<<1)|1; 181 else c = c << 1; /*对不足的位数补0*/ 182 } 183 fwrite(&c,1,1,ofp); 184 pt1++; 185 } 186 //将编码信息写入存储文件 187 fseek(ofp,4,SEEK_SET); /*fseek 用于二进制方式打开的文件,移动文件读写指针位置.第一个是文件流,第3个是指针零点位置,第2个是把指针移动到的地点. */ 188 fwrite(&pt1,sizeof(long),1,ofp); /*是要输出数据的地址,每次写入的位数,数据项的个数，目标文件地址*/ 189 fseek(ofp,pt1,SEEK_SET); 190 fwrite(&n,sizeof(long),1,ofp); 191 for(i=0;i<n;i++) 192 { 193 fwrite(&(header[i].b),1,1,ofp); 194 c=strlen(header[i].bits); 195 fwrite(&c,1,1,ofp); 196 j=strlen(header[i].bits); 197 if(j % 8!=0) /*按八位读取，位数不满8位时，对该位补0*/ 198 { 199 for(f=j%8;f<8;f++) 200 strcat(header[i].bits,"0"); 201 } 202 while(header[i].bits[0]!=0) 203 { 204 c=0; 205 for(j=0;j<8;j++) 206 { 207 if(header[i].bits[j]==‘1‘) c=(c<<1)|1; 208 else c = c << 1; 209 } 210 strcpy(header[i].bits,header[i].bits+8); /*把从header[i].bits+8地址开始且含有NULL结束符的字符串赋值到以header[i].bits开始的地址空间 */ 211 fwrite(&c,1,1,ofp); 212 } 213 } 214 fclose(ifp); 215 fclose(ofp); 216 printf("压缩成功\n"); 217 218 } 219 /*主函数*/ 220 void main() 221 { 222 printf("输入a开始压缩\n"); 223 printf("输入b结束压缩\n"); 224 while(1) 225 { 226 char c; 227 c=getch(); 228 if(c==‘a‘) 229 yasuo(); 230 else 231 { 232 if(c==‘b‘) 233 return; 234 } 235 } 236 }
3、测试结果及分析
（1）运行截图如下
键入a,输入文件地址及文件名和压缩后的文件地址及文件名，在出现“压缩成功”后键入b，退出代码运行。
（2）压缩结果展示
a.压缩前(只有一个文件)
打开后文件内容
b.压缩后（出现两个文件）
打开后文件内容
五、实验总结
本学期要学习课程很多，留给综合实验的时间并不是特别多。通过本次的实验，我又重新拿出了上学期的《C语言程序设计》，重新复习了一下一些关于文件读取、写入等函数。对于本次的实验内容，不仅仅是对本学期《数据结构与算法分析》的一个学习总结，更是对上学期C语言的复习回顾。
本次实验代码调试了很久，还是会出现一些C语言语法上的小错误，还有一部分内容参考了网上的代码。除了技术上的错误，在本次实验中我觉得还是要保持一个良好的心态去解决错误，在我的代码出现多次报错时，要能沉得住气去纠错，忌浮躁。
总之要学习的东西还有很多，每完成一次实验对我自己的能力来说都是一个很好的提升过程。作为大数据专业的学生，数学虽说是基础，但能够更好解决实际问题还是要靠计算机程序代码，学会一门语言不仅仅限于书本，更是要能够熟练地在实际中应用。学习是一个逐渐进步的过程，每次实验内容不仅仅是一次实验，更是一次对自己知识掌握的检验，更是对自己在面对新的挑战前的磨练。
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