《数据结构与算法》课程设计格式要求.docx
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《数据结构与算法》课程设计格式要求
《数据结构与算法》课程设计
(2010/2011学年第二学期第20周)
指导教师:
孙麒郭奕亿
班级:
09计算机科学与技术1班
学号:
E********
姓名:
***
《数据结构与算法》课程设计任务书
《数据结构与算法》是计算机专业重要的核心课程之一,在计算机专业的学习过程中占有非常重要的地位。
《数据结构与算法课程设计》就是要运用本课程以及到目前为止的有关课程中的知识和技术来解决实际问题。
特别是面临非数值计算类型的应用问题时,需要选择适当的数据结构,设计出满足一定时间和空间限制的有效算法。
本课程设计要求同学独立完成一个较为完整的应用需求分析。
并在设计和编写具有一定规模程序的过程中,深化对《数据结构与算法》课程中基本概念、理论和方法的理解;训练综合运用所学知识处理实际问题的能力,强化面向对象的程序设计理念;使自己的程序设计与调试水平有一个明显的提高。
赫夫曼编码/译码器
1.问题描述
利用赫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。
这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码,在接收端将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编写一个赫夫曼码的编/译码系统。
2.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,建立赫夫曼树,并将它存于文件hfmTree中。
(2)E:
编码(Encoding)。
利用已建好的赫夫曼树(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)。
利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码,结果存入文件Textfile中。
以下为选做:
(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:
印赫夫曼树(Treeprinting)。
将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式(比如树)显示在终端上,同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。
3.测试要求
(1)已知某系统在通信联络中只可能出现八种字符,其频率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11,试设计赫夫曼编码。
(2)用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树,并实现以下报文的编码和译码:
“THISPROGRAMEISMYFAVORITE”。
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
4.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I,D或C命令之后,赫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。
具体要求:
课程设计成果的内容必须由以下四个部分组成,缺一不可。
(1)上交源程序:
学生按照实验题目的具体要求所开发的所有源程序(应该放到一个文件夹中);
(2)上交程序的说明文件:
(保存在.txt中)在说明文档中应该写明上交程序所在的目录,上交程序的主程序文件名,如果需要安装,要有程序的安装使用说明;
(3)设计报告:
(保存在word文档中,文件名要求:
按照“姓名_学号_设计题目”起名,如文件名为“张三_XXX_赫夫曼编码”.doc。
打印稿用A4纸)。
其中包括:
♦题目;
♦实验目的;
♦需求分析:
在该部分中叙述实现的功能要求;
♦概要设计:
在此说明每个部分的算法设计说明(可以是描述算法的流程图),每个程序中使用的存储结构设计说明(如果指定存储结构请写出该存储结构的定义);
♦详细设计
各个算法实现的源程序,对每个题目要有相应的源程序(可以是一组源程序,每个功能模块采用不同的函数实现)。
源程序要按照写程序的规则来编写。
要结构清晰,重点函数的重点变量,重点功能部分要加上清晰的程序注释;
♦调试分析
测试数据,测试输出的结果,时间复杂度分析,和每个模块设计和调试时存在问题的思考(问题是哪些?
问题如何解决?
),算法的改进设想;
♦总结:
总结可以包括:
设计过程的收获、遇到问题及解决问题过程的思考、程序调试能力的思考、对数据结构这门课程的思考、在设计过程中对《数据结构》课程的认识等内容。
三、工作内容及工作计划:
一周(20)
时间
地点
工作内容
指导教师
7月11日
上午
10-414
实验要求,需求分析;
孙麒、郭奕亿
下午
10-414
查找资料,总体结构设计;
孙麒、郭奕亿
7月
12日
上午
10-414
算法设计、用户界面设计
孙麒、郭奕亿
下午
10-414
算法设计、用户界面设计
孙麒、郭奕亿
7月
13日
上午
10-414
详细设计
孙麒、郭奕亿
下午
10-414
详细设计
孙麒、郭奕亿
7月
14日
上午
10-414
详细设计
孙麒、郭奕亿
下午
10-414
详细设计
孙麒、郭奕亿
7月
15日
上午
10-414
上机检查、答辩
孙麒、郭奕亿
下午
10-414
上机检查、答辩
孙麒、郭奕亿
四、考核成绩评定规范:
本课程设计的评价由三部分组成,包括程序演示(50%),课程设计报告(30%),回答教师提问(20%)。
1.程序演示:
Ø优功能完善,全部测试正确,并且能够对局部进行完善。
Ø良功能完善,但测试欠缺。
Ø中功能基本完善,但程序尚有部分错误。
Ø及格完成内存中赫夫曼编码/译码,但不涉及文件操作。
Ø不及格功能不完善,且程序错误较多,无法运行。
2.课程设计报告:
Ø优包括设计内容,设计思想,已经完成的任务及达到的目标,设计思路清晰、书写条理清楚,源程序结构合理、清晰,注释说明完整,有对本次课程设计的心得体会。
Ø良包括设计内容,设计思想,已经完成的任务及达到的目标,设计思路基本清晰、书写条理基本清楚,源程序结构合理、清晰,注释说明基本完整,有对本次课程设计的心得体会。
Ø中课程设计报告内容基本完整,思路较清晰,书写基本清楚,源程序结构尚可,有注释说明但不完整。
Ø及格课程设计报告内容基本完整,思路较差,书写尚清楚。
Ø不及格课程设计报告内容不完整,书写没有条理。
3.回答教师提问:
Ø优能回答教师提出的所有问题,并完全正确,思路清晰
Ø良基本能回答教师提出的所有问题,有些小错误
Ø中基本能回答教师提出的问题,少数问题回答错误或不清楚
Ø及格能回答教师提出的问题,但较多问题回答错误或不能回答
Ø不及格基本不能回答教师提出的问题
《数据结构与算法》课程设计
一、题目
二、需求分析
三、概要设计
四、程序说明
五、详细设计
六、实验心得与体会
赫夫曼编\译码器
一、题目
问题描述
利用赫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。
这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码,在接收端将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编写一个赫夫曼码的编/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,建立赫夫曼树,并将它存于文件hfmTree中。
(2)E:
编码(Encoding)。
利用已建好的赫夫曼树(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)。
利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码,结果存入文件Textfile中。
(以下为选做:
)
(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:
印赫夫曼树(Treeprinting)。
将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式(比如树)显示在终端上,同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。
测试要求
(1)已知某系统在通信联络中只可能出现八种字符,其频率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11,试设计赫夫曼编码。
(2)用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树,并实现以下报文的编码和译码:
“THISPROGRAMEISMYFAVORITE”。
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
二、需求分析
(1)初始化哈夫曼数
(2)输入字符保存至tobetran.txt中
(3)对字符编码
(4)编码结果以文本方式存储在文件Codefile中。
(5)在对codefile中编码进行译码
(6)打印编码和哈夫曼树
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。
在程序的一次执行过程中,第一次执行I,D或C命令之后,赫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。
三、概要设计
函数间的关系如图3.1所示:
图3.1函数间的关系
数据结构与算法设计
赫夫曼编\译码器的主要功能是先建立赫夫曼树,然后利用建好的赫夫曼树生成赫夫曼编码后进行译码。
在数据通信中,经常需要将传送的文字转换成由二进制字符0、1组成的二进制串,称之为编码。
构造一棵赫夫曼树,规定赫夫曼树中的左分之代表0,右分支代表1,则从根节点到每个叶子节点所经过的路径分支组成的0和1的序列便为该节点对应字符的编码,称之为赫夫曼编码。
最简单的二进制编码方式是等长编码。
若采用不等长编码,让出现频率高的字符具有较短的编码,让出现频率低的字符具有较长的编码,这样可能缩短传送电文的总长度。
赫夫曼树课用于构造使电文的编码总长最短的编码方案。
其主要流程图如图3.2所示。
四、程序说明
1.赫夫曼树抽象数据类型定义
ADTHuffmanCoding{
数据对象T:
具有相同特性的数据元素的集合
数据关系R:
满足最优二叉树的关系
基本操作P:
Init(&t)
操作结果:
构造一个空赫夫曼树t。
encode()
操作结果:
利用赫夫曼树进行编码
Decode()
操作结果:
利用赫夫曼树进行译码
}
2.主函数
Voidmian()
{打印表头;
While(选择项不为q){
输入选择项;
Switch(选择项)
{
Casei:
初始化;break。
Casew:
输入要编码的字符;break;
Casee:
编码字符;break;
Cased;译码操作;break;
Casep;打印代码;break;
Caset;打印赫夫曼树;break;
Default:
输入错误,重新选择;
}
五、详细设计
源程序:
#include
#include
#include
constintUINT_MAX=1000。
typedefstruct
{
intweight。
//权值
intparent,lchild,rchild。
//父节点,左孩子结点,右孩子结点
}HTNode,*HuffmanTree。
typedefchar**HuffmanCode。
//定义全局变量
HuffmanTreeHT。
//代表赫夫曼树
HuffmanCodeHC。
//代表赫夫曼编码
int*w,i,j,n。
char*z。
intflag=0。
intnumb=0。
intmin(HuffmanTreet,inti)
{//选出叶子结点
intj,flag。
intk=UINT_MAX。
//取k为足够大的值
for(j=1。
j<=i。
j++)
if(t[j].weight k=t[j].weight,flag=j。 t[flag].parent=1。 returnflag。 //返回标识符 } voidselect(HuffmanTreet,inti,int&s1,int&s2) {//排序两个叶子结点 intj。 s1=min(t,i)。 s2=min(t,i)。 if(s1>s2)//s1为最小的两个值中序号小的那个 { j=s1。 s1=s2。 s2=j。 } } voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn) {//w存放n个字符的权值(均>0),构造哈夫曼树HT并求出n个字符的哈夫曼编码HC intm,i,s1,s2,start。 intc,f。 HuffmanTreep。 char*cd。 if(n<=1) return。 m=2*n-1。 //结点数 HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode))。 //0号单元未用 for(p=HT+1,i=1。 i<=n。 ++i,++p,++w) { p->weight=*w。 p->parent=0。 p->lchild=0。 p->rchild=0。 } for(。 i<=m。 ++i,++p) p->parent=0。 for(i=n+1。 i<=m。 ++i)//建赫夫曼树 { select(HT,i-1,s1,s2)。 HT[s1].parent=HT[s2].parent=i。 HT[i].lchild=s1。 HT[i].rchild=s2。 HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight。 } HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*))。 cd=(char*)malloc(n*sizeof(char))。 cd[n-1]='\0'。 //编码结束符 for(i=1。 i<=n。 i++) {//逐个字符求编码 start=n-1。 for(c=i,f=HT[i].parent。 f! =0。 c=f,f=HT[f].parent) //从叶子到根逆向求编码 if(HT[f].lchild==c) cd[--start]='0'。 else cd[--start]='1'。 HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char))。 strcpy(HC[i],&cd[start])。 //复制cd到HC } free(cd)。 } voidInitHuffman() {//初始化赫夫曼链表 flag=1。 intnum。 intnum2。 cout<<"赫夫曼链表初始化"< cin>>num。 n=num。 w=(int*)malloc(n*sizeof(int))。 //分配权值空间 z=(char*)malloc(n*sizeof(char))。 //分配字符空间 cout<<"\n请依次输入"< chartemp[2]。 for(i=0。 i i++) {//输入字符 cout<<"字符"< "< gets(temp)。 *(z+i)=*temp。 } cout<<"\n请依次输入"< for(i=0。 i<=n-1。 i++) {//输入权 cout< "。 cin>>num2。 *(w+i)=num2。 } //输入部分结束编码 HuffmanCoding(HT,HC,w,n)。 cout<<"字符对应的编码为: "< for(i=1。 i<=n。 i++) { cout<<"字符"<<*(z+i-1)<<"的编码为: "。 puts(HC[i])。 //输出编码 } //将赫夫曼编码写入文件 cout<<"赫夫曼编码写入文件htmTree.txt中"< FILE*htmTree。 charr[]={'','\0'}。 if((htmTree=fopen("htmTree.txt","w"))==NULL) { cout<<"文件打开失败"< return。 } fputs(z,htmTree)。 //文件中输入z字符串 cout< //不加这个代码文件输入有误 fputc('\n',htmTree)。 //换行 for(i=0。 i i++) {//文件中输入权 fprintf(htmTree,"%d",*(w+i))。 fputs(r,htmTree)。 } fprintf(htmTree,"\n")。 //换行 for(i=1。 i<=n。 i++) {//文件中输入编码 fputs(HC[i],htmTree)。 fputs(r,htmTree)。 } fclose(htmTree)。 }//init //获取字符并写入文件创建待编码文件 voidinputcode() { FILE*virttran,*tobetran。 charstr。 if((tobetran=fopen("tobetran.txt","w"))==NULL) { cout<<"不能打开文件"< return。 } cout<<"请输入你想要编码的字符并以#号结束"< str=getchar()。 //用来初始化 str=getchar()。 //此语句用来接收输入的第一个字符 while(str! ='#') { fputc(str,tobetran)。 str=getchar()。 } cout<<"写入成功! "< fclose(tobetran)。 } voidencode() {//完成编码功能 cout<<"下面对目录下文件tobetran.txt中的字符进行编码"< FILE*tobetran,*codefile。 if((tobetran=fopen("tobetran.txt","rb"))==NULL) { cout<<"不能打开文件"< return。 } if((codefile=fopen("codefile.txt","wb"))==NULL) { cout<<"不能打开文件"< return。 } char*tran。 i=99。 tran=(char*)malloc(100*sizeof(char))。 //为tran分配100个字节 while(i==99) { if(fgets(tran,100,tobetran)==NULL) { cout<<"不能打开文件"< break。 } for(i=0。 *(tran+i)! ='\0'。 i++) {//对tobetran文件中字符通过初始化的哈夫曼编码进行编码 for(j=0。 j<=n。 j++) { if(*(z+j-1)==*(tran+i)) { fputs(HC[j],codefile)。 puts(HC[j])。 if(j>n) { cout<<"字符错误,无法编码! "< break。 } } } } } cout<<"完成! "< fclose(tobetran)。 fclose(codefile)。 free(tran)。 } voiddecode() {//完成译码功能 cout<<"下面对根目录下文件codefile.txt中的字符进行译码"< FILE*codef,*txtfile。 if((txtfile=fopen("Textfile.txt","w"))==NULL) { cout<<"不能打开文件"< return。 } if((codef=fopen("codefile.txt","r"))==NULL) { cout<<"不能打开文件"< return。 } char*tbdc,*outext,i2。 intio=0,i,m。 unsignedlonglength=10000。 tbdc=(char*)malloc(length*sizeof(char))。 //分配空间 fgets(tbdc,length,codef)。 //codefile中提取编码 outext=(char*)malloc(length*sizeof(char))。 //分配空间 m=2*n-1。 for(i=0。 *(tbdc+i)! ='\0'。 i++)
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