【课程设计】 哈夫曼树的应用：字符串的加密与解密

一．实验任务

在一个加密应用中，要处理的信息来自下面的字符集，各个字符的相关使用频度如下：

字符空格 A  B  C D   E F  G   H  I  J  K  L M

频度 180 64 13 23  32103 2215   47 57  1 5 31  20

字符 N O  P   Q R  S T   U  V  W X Y Z

频度 55 63  15 1 48  56  8025 7  18 2  16  1

现请编写程序你实现如下功能：

（1）运行时，由用户输入来初始化字符集大小和相应用字符。

（2）输入一个要加密的字符串，将其加密。

（3）输出解密字符串。

 

二．功能

(1)输入一串字符，建立哈夫曼树

（2）得到哈夫曼编码

（3）实现哈夫曼译码

三．基本思想

（1）初始化：输入字符以及其频度

构造哈夫曼树

构造哈夫曼树基本思想：

（2）加密：输入字符，输出哈夫曼编码

（3）解密：：输入哈夫曼编码，输出字符代码

（4）退出

四．数据结构与算法分析

应用哈夫曼树

该哈夫曼树采用双亲孩子表示法存储，构造哈夫曼树的叶子结点有n个，合并次数n-1，则森林中公有2n-1棵树

1.哈夫曼树结点构造

定义节点结构体，结构体类型名为huffnode

typedef struct { 

    char data;    //节点值

    int weight;   //结点的权重

    int parent;   //双亲结点

    int lchild;   /保存该结点的左孩子结点右孩子结点在数组中的位置

    int rchild;   //保存该结点的右孩子结点右孩子结点在数组中的位置

} huffnode;

2.哈夫曼编码结构，结构体类型名为huffcode

typedef struct {     

charcd[MAX];   //存放哈夫曼编码

intstart;      //编码的起始下标

}huffcode;   

3.主函数

五．完整程序代码

#include<iostream.h>

#include<stdio.h>

#include<malloc.h>

#define MAX 26   //节点允许的最大数量26

 

/*哈夫曼树结点结构*/

typedef struct {  //定义一个新数据类型即结点结构

       char data;    //节点值

       int weight;   //结点的权重

       int parent;   //保存该结点的双亲结点在数组中的下标

       int lchild;   //保存该结点的左孩子结点在数组中的位置

       int rchild;   //保存该结点的右孩子结点右孩子结点在数组中的位置

} huffnode;    //定义结构体类型名为huffnode

 

/*哈夫曼编码结构*/

typedef struct {     //定义保存一个叶子结点的哈夫曼树编码的结构

       char cd[MAX];   //存放哈夫曼编码

       int start;      //编码的起始下标

} huffcode;     //编码结构体类型名为huffcode

      

/*主函数*/

int main() { 

       huffnode ht[2*MAX];    //定义一个数组，用于存放哈夫曼树的各个节点信息

       huffcode hcd[MAX], d;  //定义huffmancode类型的hcd【】数组和huffmancode类型的变量d，用于保存每个结点到根节点路径所对应的编码

       int i, j, f, l, r, n, c, s1, s2;     

       cout<<"* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * \n"      <<"\n加密应用：对字符串进行加密与解密\n"    <<"* * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * \n"; 

      

       /*用户输入来初始化字符集大小和相应用字符及其频度*/

       cout<<"\n请输入元素个数："; 

       cin>>n;  

      

       cout<<"请输入各个元素的结点值与频度:\n"; 

       for(i=1;i<=n;i++) {  

              cout<<" 第"<<i<<"个元素-->\n\t结点值：";  

              cin>>&ht[i].data;    

cout<<"\t频  度：";

  cin>>ht[i].weight;  

       }  

       /*构造叶子节点个数为n权值为weight的哈夫曼树*/

       for(i=1;i<=2*n-1;i++)   /*初始化，所有结点均没有双亲和孩子*/