【C++】C++ QT实现Huffman编码器与解码器（源码+课程论文+文件）【独一无二】

news2024/12/26 22:34:53

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C++ QT实现Huffman编码器与解码器（源码+课程论文+文件）【独一无二】

目录

C++ QT实现Huffman编码器与解码器（源码+课程论文+文件）【独一无二】
一、设计要求
二、代码设计
三、测试结果

一、设计要求

问题描述：利用哈夫曼编码进行信息通讯可以大大提高信道的利用率，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输数据预先编码；在接受端将传来的数据进行译码。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哈夫曼码的编/译码系统。
基本要求：根据某字符文件统计字符出现频度，构造Huffman 树，编制Huffman 编码，并将给定字符文件编码，生成编码文件；再将给定编码文件解码，生成字符文件。（要求按二进制位表示编码）
测试数据：英文文件。
提高要求：用二进制表示编码，生成二进制的编码文件。

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二、代码设计

在现代信息通讯领域，哈夫曼编码作为一种经典的无损数据压缩算法，通过对字符频率的统计和编码，能够有效地提高信道利用率、缩短信息传输时间、降低传输成本。本设计旨在构建一个基于C++和Qt框架的哈夫曼编码与解码系统，展示哈夫曼编码的原理和实现方法。

哈夫曼编码原理

哈夫曼编码是一种基于字符频率的最优前缀编码算法。其基本思想是对出现频率较高的字符使用较短的编码，对出现频率较低的字符使用较长的编码，从而达到压缩数据的目的。

构建频率表：通过遍历输入文本，统计每个字符的出现频率，并将其存储在一个频率表（哈希表）中。代码实现如下：

void buildFrequencyTable(const QString& text, QMap<char, int>& frequencyTable) {
    for (QChar ch : text) {
        frequencyTable[ch.toLatin1()]++;
    }
}

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构建哈夫曼树：利用最小堆（优先队列）构建哈夫曼树。每次从堆中取出两个频率最小的节点，合并成一个新的节点，并将新节点插入堆中，直到堆中只剩下一个节点，即哈夫曼树的根节点。代码实现如下：

HuffmanNode* buildHuffmanTree(const QMap<char, int>& frequencyTable) {
    QVector<HuffmanNode*> nodes;
    for (auto it = frequencyTable.begin(); it != frequencyTable.end(); ++it) {
        nodes.append(new HuffmanNode(it.key(), it.value()));
    }

    while (nodes.size() > 1) {
        std::sort(nodes.begin(), nodes.end(), NodeComparator());

        HuffmanNode* left = nodes.takeLast();
        HuffmanNode* right = nodes.takeLast();

        HuffmanNode* parent = new HuffmanNode('\0', left->frequency + right->frequency);
        parent->left = left;
        parent->right = right;

        nodes.append(parent);
    }

    return nodes.first();
}

生成哈夫曼编码：从哈夫曼树的根节点出发，遍历整棵树，为每个字符分配相应的二进制编码。左子节点表示0，右子节点表示1。代码实现如下：

void buildHuffmanCodes(HuffmanNode* root, const QString& code, QMap<char, QString>& huffmanCodes) {
    if (!root) return;

    if (root->left == nullptr && root->right == nullptr) {
        huffmanCodes[root->character] = code;
    }

    buildHuffmanCodes(root->left, code + "0", huffmanCodes);
    buildHuffmanCodes(root->right, code + "1", huffmanCodes);
}

编码文本：利用生成的哈夫曼编码表，将输入文本编码成二进制字符串。代码实现如下：

QString encodeText(const QString& text, const QMap<char, QString>& huffmanCodes) {
    QString encodedText;
    for (QChar ch : text) {
        encodedText += huffmanCodes[ch.toLatin1()];
    }
    return encodedText;
}