数据结构与算法实验：哈夫曼树压缩技术

"武汉理工大学数据结构与算法综合实验哈夫曼树 (4).docx" 实验内容主要涉及数据结构中的哈夫曼树（Huffman Tree）及其在文件压缩中的应用。哈夫曼树是一种特殊的二叉树，常用于数据编码，特别是数据的压缩。在这个实验中，学生们被要求设计并实现一个基于哈夫曼树的文件压缩软件。 首先，实验的目的是理解哈夫曼编码的原理，并能用二叉树结构来表示和构建哈夫曼树。哈夫曼编码是一种变长前缀编码，其中频繁出现的字符具有较短的编码，不常出现的字符则有较长的编码，这样可以有效减少数据的存储空间。 实验中提到的数据结构设计包括： 1. **权重数组**：`int weight[256]={0};` 用于存储256个可能的ASCII字符的频率或权重。 2. **二叉树节点结构体**：结构体用于存储每个节点的信息，包括左右子节点的引用和权重值。 3. **静态二叉链表**：通过数组实现，用来存储哈夫曼树的节点。 4. **Huffman编码存储结构**：为了正确解压，需要保存每个字符的哈夫曼编码以及文件的相关信息，如文件头，包含256种字符的重复次数（权值）。 实验的实现流程包括： 1. **构建哈夫曼树**：根据字符的权重，使用贪心算法构建最小带权路径长度的哈夫曼树。 - 使用`Select`函数找到两个最小权重的节点，将它们合并成一个新的节点，新节点的权重是两者的和，父节点指向这个新节点。 - 维护一个优先队列（通常用最小堆实现），每次选取两个最小的节点进行合并，直到所有节点合并成一棵树。 2. **生成哈夫曼编码**： - 通过遍历哈夫曼树，从根节点到叶节点的路径决定了字符的哈夫曼编码。左分支代表“0”，右分支代表“1”。 - 对每个字符，通过遍历哈夫曼树构建其对应的哈夫曼编码。 3. **压缩编码算法**： - 将原始文件的字符转换为其哈夫曼编码，并按照8位一组进行打包，以适应计算机的字节处理。 - 在内存中开辟缓冲区来存储压缩后的数据，如果开辟失败，则输出错误信息。 4. **文件的解压缩**： - 需要读取文件头信息恢复哈夫曼树，然后按编码解码压缩的二进制流，还原为原始文本。 实验报告中还包含了实验的日期、指导教师、学生的个人信息等，这些是实验环境和责任归属的信息。 这个实验旨在让学生掌握哈夫曼编码和哈夫曼树的基本概念，以及它们在实际文件压缩中的应用，通过编程实践提升对数据结构和算法的理解。