C/C++哈夫曼编/译码器[2025-06-16]

C/C++哈夫曼编/译码器[2025-06-16]

一、 题目
哈夫曼编/译码器

二、 目的
[问题描述]
利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，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，在接收端将促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写一个哈夫曼码的编/译码系统。
[基本要求]
一个完整的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)。利用以建好的哈夫曼树(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)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。
[测试数据]
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 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 1

[实现提示]
(1）编码结果以文本方式存储在文件 CodeFile 中。
(2）用户界面可以设计为“菜单”方式；显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。请用户键入一个选择功能符。此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。
(3）在程序的一次执行过程中，第一次执行l，D或C命令之后，哈夫曼树已经在内存了，不必再读入。每次执行中不一定执行Ⅰ命令，因为文件 hfmTree可能早已建好。
[选作内容]
(1)上述文件CodeFile 中的每个“0”或“1”实际上占用了一个字节的空间，只起到示意或模拟的作用。为最大限度地利用码点存储能力，试改写你的系统，将编码结果以二进制形式存放在文件CodeFile 中。
(2）修改你的系统，实现对你的系统的原程序的编码和译码(主要是将行尾符编/译码问题)。
(3）实现各个转换操作的源/目文件，均由用户在选择此操作时指定。

三、 效果示例：
1、实验结果
⑴程序运行界面如下图所示：

功能说明：
⑴输入字符及其频度（测试数据表中的数据），数据被存入文件ToBeTran_charrate.dat；
⑵基于输入的字符及频度生成huffman树，并存入文件tobetran_hfmtree.dat；
⑶将已存在的tobetran_hfmtree.dat中的huffman树读入内存；
⑷以凹凸图形式显示内存中的huffman树；
⑸基于huffman树生成ToBeTran_charrate.dat文件中每个字符的huffman编码，并存入文件tobetran_CharCode.dat（二进制文件）和tobetran_CharCode.txt（文本文件）；
⑹产生文件tobetran文件中存放的内容（THIS PROGRAM IS MY FAVORITE）的huffman编码，并存入文件tobetran_huff （文本文件）；
⑺对文件tobetran_huff中的huffman编码进行解码，并显示解码结果；
⑻按要求打印文件tobetran_huff中huffman编码，并存入文件tobetran_CodePrin；
⑼输入文本文件名，统计其中的字符及频度存入文件file+_charrate.dat；
⑽对本实验的程序（去除中文字符）huffman.cpp统计字符频度存入文件huffman_charrate.dat，构造huffman树存入文件huffman_hfmtree.dat，将huffman.cpp内容转换为huffman编码存入huffman_huff（文本文件），最后转换为二进制文件huffman_binaryhuff，真正实现文件压缩。
⑾对huffman_binaryhuff中内容进行解压，显示并存入huffman_decompress。
实现效果：
⑴输入2，生成huffman树，显示每个字符的huffman编码，实现效果如下图所示：

⑵输入4，显示huffman树凹凸图表示，运行情况如下图所示：

⑶输入6，依次显示tobetran中每个字符的huffman编码，并写入tobetran_huff，运行后文件的内容如下：

⑷输入7，首先显示每个字符的编码信息，然后显示tobetran_huff中编码的解码结果，实现效果如下：

⑸输入8，按格式要求显示tobetran_huff中的编码，并写入tobetran_CodePrin，运行效果如下：

⑹选择9，输入要统计的文件名，以（序号 字符 频度）形式输出统计结果，实现效果如下（第一行为字符’\n’，显示时自动换行了）：

⑺选择10，依次显示huffman.cpp中每个字符的编码结果，并将结果写入文件huffman_huff，最后转换为二进制形式存入huffman_binaryhuff。执行后huffman_huff的部分内容和原文件huffman.cpp的部分内容如下：

⑻选择11，对二进制文件huffman_binaryhuff中的huffman编码进行解码。显示解码结果，并写入文件huffman_decompress，实现效果如下：

文件huffman_decompress中的部分内容如下， 内容与源文件一致。

2、压缩比
程序实现了实验的基本要求和选做内容，能够针对字符文件使用huffman编码进行压缩和解压缩，使用二进制存储huffman编码对文件具有一定的压缩作用。下图为本程序的源程序文件和压缩后文件大小的对比，压缩比约为4：1，效果比较明显，但是为了解压，需要保存huffman树，实际压缩比约为2：1。


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