C++实现哈夫曼树压缩与解码实训项目

本篇作业是关于数据结构与算法的期末实训项目，具体要求是使用C++语言实现一个哈夫曼树编码压缩文件的小程序，并配合实训报告一起完成。哈夫曼树是一种用于数据压缩的有效数据结构，它通过构建最优二叉树来分配给每个字符一个独一无二的编码，从而在不丢失信息的前提下减小文件大小。 1. **问题描述**：哈夫曼树编码与译码的关键在于实现自适应和静态编码方法。自适应Huffman编码是边编码边统计符号概率的过程，根据输入源文件中各个字符出现的频率动态调整编码，而静态Huffman编码则是预先计算所有字符的概率后再进行编码。程序需要接收源文件和压缩文件作为输入，输出包括解码的正确性判断，以及压缩后的统计信息如压缩率和编码与解码的速度。 2. **程序清单**： - **main函数**：负责用户界面，提供选择项，如压缩、解压或退出，调用相应的函数。 - **压缩函数**：主要操作步骤包括读取源文件，计算字符频率，创建Huffman树，生成编码，将源文件中的字符替换为编码，写入压缩文件，同时记录时间和压缩率。 - **select函数**：用于Huffman树的构建，可能涉及到优先队列（堆）的操作，选择权值最小的两个节点合并成新的节点。 - **encode函数**：将源文件中的字符转换为其对应的Huffman编码，并累加编码长度。 - **解压函数**：读取压缩文件，根据编码规则还原原始字符。 3. **部分代码示例**： - 使用`struct node`定义了Huffman节点，包含权值、字符、父节点指针、子节点指针、编码数组以及编码长度等字段。 - `compress()`函数中，使用`FILE*`处理文件操作，如`ifp`和`ofp`分别表示输入文件指针和输出文件指针。还定义了变量`count`记录编码次数，`start1`和`start2`用于计时，`duration1`和`duration2`存储编码和解码的时间。 4. **性能评估**：程序在执行过程中会计算编码速度和压缩率，通过`clock_t`和`double`类型变量记录时间和速度，以便在压缩和解码结束后进行性能分析。 这个作业旨在让学生深入理解哈夫曼树的数据结构和算法原理，同时锻炼C++编程技能，特别是文件操作、树结构的构建和遍历、以及性能优化等方面的能力。通过实际操作，学生将能掌握如何在实际场景中应用数据结构解决问题，提高算法设计和优化的经验。