C++Qt6 哈夫曼编码求解 数据结构课程设计 | JorbanS

一、 问题描述

在进行程序设计时，通常给每一个字符标记一个单独的代码来表示一组字符，即编码。在进行二进制编码时，假设所有的代码都等长，那么表示 n 个不同的字符需要 位，称为等长编码。如果每个字符的使用频率相等，那么等长编码无疑是空间效率最高的编码函数，而如果字符出现的频率不同，则可以让频率高的字符采用尽可能短的编码，频率低的字符采用尽可能长的编码，来构造出一种不等长编码，从而获得更好的空间效率。
在设计不等长编码时，要考虑解码的唯一性，如果一组编码中任一编码都不是其他任何一个编码的前缀，那么称这组编码为前缀编码，其保证了编码被解码时的唯一性。霍夫曼树可用于构造最短的前缀编码，即哈夫曼编码（Huffman Code）。
—— OI Wiki

二、 设计思路

以下是项目目录结构图：

HuffmanTree/
├── include/
│   ├── HuffmanNode.h
│   └── HuffmanTree.h
├── src/
│   ├── HuffmanNode.cpp
│   └── HuffmanTree.cpp
├── mainwindow.h
├── mainwindow.ui
├── mainwindow.cpp
└── main.cpp
  1. 创建 HuffmanNode 类：
    HuffmanNode 类用于表示 Huffman 树的节点。
    每个节点包含字符数据、频率以及左右子节点指针。
    为了便于操作，该类包括一个构造函数，用于初始化节点的数据成员。
  2. 创建 CompareNodes 结构体：
    CompareNodes 结构体是一个自定义的比较器。
    用于在优先队列中比较两个 HuffmanNode 指针的频率，以便按频率升序排序节点。
  3. 创建 HuffmanTree 类：
    HuffmanTree 类表示 Huffman 树的结构和操作。
    构造函数接受一个映射（map）参数，其中包含字符和对应的频率，然后调用 buildTree 函数构建 Huffman 树。
  4. 实现 buildTree 函数：
    buildTree 函数用于根据字符频率构建 Huffman 树。
    使用优先队列（最小堆）来维护节点，每个节点代表一个字符及其频率。
    循环从优先队列中弹出两个最小频率的节点，然后创建一个新的父节点，将这两个节点作为子节点，父节点的频率为子节点频率之和。
    将新创建的父节点放回优先队列，重复这个过程直到队列中只剩下一个节点，即 Huffman 树的根节点。
  5. 实现 generateCodes 函数：
    generateCodes 函数是一个递归函数，用于遍历 Huffman 树并生成字符的 Huffman 编码。
    从根节点开始，沿着左子树的路径添加 “0”，沿着右子树的路径添加 “1”。
    当遇到叶子节点时，将字符和路径编码存储在一个字符到编码的映射中。

三、 数据结构设计

  1. 哈夫曼节点类 HuffmanNode：
    HuffmanNode 类用于表示哈夫曼树的节点，包括字符数据、频率以及左右子节点指针。
    构造函数初始化节点的数据、频率和子节点指针。
  2. 比较器结构 CompareNodes：
    CompareNodes 结构用于比较两个 HuffmanNode 指针，按照频率从小到大的顺序排序，以便在优先队列中使用。
  3. 哈夫曼树类 HuffmanTree：
    HuffmanTree 类用于构建哈夫曼树。
    构造函数接受一个 map<char, int> 参数，其中包含字符和它们的频率信息，并调用 buildTree 函数构建哈夫曼树。
    buildTree 使用优先队列（最小堆）来构建哈夫曼树，首先将字符频率转化为节点，然后反复合并频率最低的两个节点，直到只剩下一个根节点。
    getCodes 函数生成字符到编码的映射。
  4. 私有函数 generateCodes：
    generateCodes 用于递归地生成字符到编码的映射，遍历哈夫曼树，构建每个字符的编码。
    在遇到叶子节点时将字符和编码存储在映射中。

四、 功能函数设计

  1. 包含头文件和命名空间：代码包含了 、 和 头文件，并使用 using namespace std; 来引入标准命名空间。
  2. 用于比较 HuffmanNode 指针的比较器 CompareNodes：定义了一个用于优先队列比较的自定义比较器，按照节点的频率从小到大进行比较。
  3. buildTree 构建哈夫曼树的主要逻辑，使用优先队列来合并频率最低的节点，直到只剩下一个根节点。
  4. getCodes 用于获取字符到哈夫曼编码的映射。
  5. generateCodes：递归，用于生成字符到哈夫曼编码的映射，从根节点开始遍历树。

五、 程序代码

// main.cpp#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>int main(int argc, char *argv[]) {QApplication a(argc, argv);MainWindow w;w.setWindowTitle("DS 课程设计 zdy229074447");w.show();return a.exec();
}

// mainwindows.h#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H#include <QMainWindow>
#include <QtWidgets>
#include <map>
#include "include/HuffmanTree.h"QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui {
class MainWindow;
}
QT_END_NAMESPACEclass MainWindow: public QMainWindow {Q_OBJECT
public:MainWindow(QWidget *parent = nullptr);~MainWindow();void onButtonConfirmClicked();void onButtonResetClicked();
private:Ui::MainWindow *ui;QTableWidget* tableWidget;QLineEdit* charInput;QLineEdit* frequencyInput;QPushButton* buttonConfirm, *buttonReset;HuffmanTree* huffmanTree;map<char, int> frequencies;void updateTable();
};#endif // MAINWINDOW_H

// mainwindow.cpp#include <QtWidgets>
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include "include/HuffmanNode.h"
#include "include/HuffmanTree.h"MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow) {ui->setupUi(this);// 初始化输入框和按钮tableWidget = this->findChild<QTableWidget *>("Table_Result");charInput = this->findChild<QLineEdit *>("Char_Input");frequencyInput = this->findChild<QLineEdit *>("Frequency_Input");buttonConfirm = this->findChild<QPushButton *>("Button_Confirm");buttonReset = this->findChild<QPushButton *>("Button_Reset");// 连接按钮点击事件到槽函数Zconnect(buttonConfirm, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::onButtonConfirmClicked);connect(buttonReset, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::onButtonResetClicked);// 初始化哈夫曼树huffmanTree = nullptr; // 在这里初始化为空// 设置表格的列数和表头tableWidget->setColumnCount(3);tableWidget->setHorizontalHeaderLabels({"字符", "频次", "哈夫曼编码"});}void MainWindow::onButtonResetClicked() {for (auto pair: frequencies) {frequencies[pair.first] = 0;}delete huffmanTree;huffmanTree = new HuffmanTree(frequencies);updateTable();
}void MainWindow::onButtonConfirmClicked() {QString charText = charInput->text();QString freqText = frequencyInput->text();if (!charText.isEmpty() && !freqText.isEmpty()) {char character = charText.at(0).toLatin1(); // 获取第一个字符int frequency = freqText.toInt();// 创建哈夫曼树（如果尚未创建）if (huffmanTree == nullptr) {frequencies[character] = frequency; // 使用 [] 操作符添加键值对huffmanTree = new HuffmanTree(frequencies);} else {// 更新频率frequencies[character] += frequency;huffmanTree->buildTree(frequencies); // 重新构建哈夫曼树}// 更新表格内容updateTable();}
}void MainWindow::updateTable() {// 清空表格内容tableWidget->clearContents();tableWidget->setRowCount(0);// 获取哈夫曼树的编码映射map<char, string> codes = huffmanTree->getCodes();// 遍历编码映射并更新表格int row = 0;for (auto pair: codes) {tableWidget->insertRow(row);QTableWidgetItem* charItem = new QTableWidgetItem(QString(pair.first));QTableWidgetItem* frequencyItem = new QTableWidgetItem(QString::number(frequencies[pair.first]));QTableWidgetItem* codeItem = new QTableWidgetItem(QString::fromStdString(pair.second));tableWidget->setItem(row, 0, charItem);tableWidget->setItem(row, 1, frequencyItem);tableWidget->setItem(row, 2, codeItem);row++;}
}MainWindow::~MainWindow() {delete ui;
}

// HuffmanNode.h#ifndef HUFFMANNODE_H
#define HUFFMANNODE_Hclass HuffmanNode {
public:char data;int frequency;HuffmanNode *left, *right;HuffmanNode(char data, int frequency);
};#endif // HUFFMANNODE_H

// HuffmanTree.h#ifndef HUFFMANTREE_H
#define HUFFMANTREE_H#include "HuffmanNode.h"
#include <map>
#include <string>using namespace std;// 哈夫曼树类
class HuffmanTree {
private:
public:void generateCodes(HuffmanNode* node, string code, map<char, string>& codes);HuffmanNode* root;HuffmanTree(map<char, int> frequencies);void buildTree(map<char, int> frequencies);map<char, string> getCodes();
};#endif // HUFFMANTREE_H

// HuffmanNode.cpp#include "../include/HuffmanNode.h"HuffmanNode::HuffmanNode(char data, int frequency) {this->data = data;this->frequency = frequency;this->left = nullptr;this->right = nullptr;
}

// HuffmanTree.cpp#include "../include/HuffmanTree.h"
#include <vector>
#include <queue>// 用于比较 HuffmanNode 指针的比较器
struct CompareNodes {bool operator()(HuffmanNode* left, HuffmanNode* right) {return left->frequency > right->frequency;}
};HuffmanTree::HuffmanTree(map<char, int> frequencies) {buildTree(frequencies);
}void HuffmanTree::buildTree(map<char, int> frequencies) {priority_queue<HuffmanNode*, vector<HuffmanNode*>, CompareNodes> heap;// 将字符频率构建为节点，并将它们添加到优先队列for (auto entry: frequencies) {HuffmanNode* node = new HuffmanNode(entry.first, entry.second);heap.push(node);}// 构建哈夫曼树while (heap.size() > 1) {HuffmanNode* left = heap.top();heap.pop();HuffmanNode* right = heap.top();heap.pop();// 创建一个新节点作为父节点，其频率为左右子树的频率之和HuffmanNode* parent = new HuffmanNode('\0', left->frequency + right->frequency);parent->left = left;parent->right = right;heap.push(parent);}// 根节点就是哈夫曼树的根root = heap.top();
}map<char, string> HuffmanTree::getCodes() {map<char, string> codes;generateCodes(root, "", codes);return codes;
}void HuffmanTree::generateCodes(HuffmanNode* node, string code, map<char, string>& codes) {if (node == nullptr) return;// 叶子节点，将字符和编码存储在映射中if (node->data != '\0') codes[node->data] = code;generateCodes(node->left, code + "0", codes);generateCodes(node->right, code + "1", codes);
}

// mainwindows.ui<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ui version="4.0"><class>MainWindow</class><widget class="QMainWindow" name="MainWindow"><property name="geometry"><rect><x>0</x><y>0</y><width>451</width><height>582</height></rect></property><property name="windowTitle"><string>MainWindow</string></property><widget class="QWidget" name="centralwidget"><widget class="QPushButton" name="Button_Confirm"><property name="geometry"><rect><x>260</x><y>10</y><width>111</width><height>41</height></rect></property><property name="styleSheet"><string notr="true">font: 10pt &quot;Microsoft YaHei UI&quot;;</string></property><property name="text"><string>添加</string></property></widget><widget class="QLineEdit" name="Char_Input"><property name="geometry"><rect><x>50</x><y>10</y><width>51</width><height>41</height></rect></property><property name="styleSheet"><string notr="true">font: 10pt &quot;Microsoft YaHei UI&quot;;</string></property><property name="text"><string/></property></widget><widget class="QLineEdit" name="Frequency_Input"><property name="geometry"><rect><x>140</x><y>10</y><width>111</width><height>41</height></rect></property><property name="styleSheet"><string notr="true">font: 10pt &quot;Microsoft YaHei UI&quot;;</string></property><property name="text"><string/></property></widget><widget class="QTableWidget" name="Table_Result"><property name="geometry"><rect><x>20</x><y>60</y><width>411</width><height>471</height></rect></property></widget><widget class="QPushButton" name="Button_Reset"><property name="geometry"><rect><x>380</x><y>10</y><width>51</width><height>41</height></rect></property><property name="styleSheet"><string notr="true">font: 10pt &quot;Microsoft YaHei UI&quot;;</string></property><property name="text"><string>重置</string></property></widget><widget class="QLabel" name="label"><property name="geometry"><rect><x>20</x><y>20</y><width>41</width><height>19</height></rect></property><property name="text"><string>&lt;html&gt;&lt;head/&gt;&lt;body&gt;&lt;p&gt;&lt;span style=&quot; font-size:10pt;&quot;&gt;字符&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;&lt;/body&gt;&lt;/html&gt;</string></property></widget><widget class="QLabel" name="label_2"><property name="geometry"><rect><x>110</x><y>20</y><width>41</width><height>19</height></rect></property><property name="text"><string>&lt;html&gt;&lt;head/&gt;&lt;body&gt;&lt;p&gt;&lt;span style=&quot; font-size:10pt;&quot;&gt;频次&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;&lt;/body&gt;&lt;/html&gt;</string></property></widget></widget><widget class="QStatusBar" name="statusbar"/><widget class="QMenuBar" name="menubar"><property name="geometry"><rect><x>0</x><y>0</y><width>451</width><height>24</height></rect></property><widget class="QMenu" name="menu"><property name="title"><string>哈夫曼编码求解</string></property></widget><addaction name="menu"/></widget></widget><resources/><connections/>
</ui>

六、 运行结果及分析

在这里插入图片描述

多次添加后，如左图；重置操作后，如右图
所需实现的功能达成，并且可以动态更新。

七、 设计心得

使用了C++的面向对象编程来将Huffman编码的各个组成部分封装成类，这有助于代码的模块化和可维护性。合理地使用了STL容器和数据结构，如map和priority_queue，来简化实现。通过C++Qt构建图形化GUI界面，简化了用户操作，提升了交互属性。

八、 参考资料

霍夫曼树 - OI Wiki (oi-wiki.org) https://oi-wiki.org/ds/huffman-tree/

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.hqwc.cn/news/317100.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

【计算机毕业设计】SSM实现的在线农产品商城

【计算机毕业设计】SSM实现的在线农产品商城

项目介绍 本项目分为前后台&#xff0c;且有普通用户与管理员两种角色。 用户角色包含以下功能&#xff1a; 用户登录,查看首页,按分类查看商品,查看新闻资讯,查看关于我们,查看商品详情,加入购物车,查看我的订单,提交订单,添加收获地址,支付订单等功能。 管理员角色包含以…
阅读更多...
SD-WAN组网方式详解

SD-WAN组网方式详解

企业网络的演进势不可挡&#xff0c;对于高效、可靠的网络连接需求日益增加。SD-WAN&#xff08;软件定义广域网&#xff09;作为一项创新的网络技术&#xff0c;备受企业青睐并得到广泛应用。SD-WAN提供了多种灵活的组网方式&#xff0c;以满足企业多样化的需求和不同的网络环…
阅读更多...
算法28：力扣64题，最小路径和------------样本模型

算法28：力扣64题，最小路径和------------样本模型

题目&#xff1a; 给定一个二维数组matrix&#xff0c;一个人必须从左上角出发&#xff0c;最后到达右下角 。沿途只可以向下或者向右走&#xff0c;沿途的数字都累加就是距离累加和 * 返回累加和最小值 思路&#xff1a; 1. 既然是给定二维数组matrix&#xff0c;那么二维数…
阅读更多...
Vue - 多行文本“展开、收起”功能

Vue - 多行文本“展开、收起”功能

TextClamp 使用 js 实现文本展开、收起&#xff0c;并非纯 CSS 实现。 Props&#xff1a; fontSize&#xff1a;Number&#xff0c;默认&#xff1a;14lines&#xff1a;Number&#xff0c;默认&#xff1a;1lineHeight&#xff1a;Number&#xff0c;默认&#xff1a;20 F…
阅读更多...
获取网页信息

获取网页信息

每次copy & paste总是很麻烦&#xff0c;现在有点问题&#xff0c;先记录下来。 需求&#xff1a;获取url 里Feature list&#xff0c;并输出表格形式 可以用Convert curl commands to code&#xff1a;得到get请求的header&#xff0c;cookie等 import requests import…
阅读更多...
天然药物，到2028年市场规模将达到 3082亿美元

天然药物，到2028年市场规模将达到 3082亿美元

天然药物&#xff0c;也称为草药或传统药物&#xff0c;是指将植物、矿物和动物产品等天然物质用于药用目的。近年来&#xff0c;人们对天然药物作为传统药物的替代品越来越感兴趣&#xff0c;这导致了天然药物市场的增长。全球天然药物市场&#xff1a; 全球天然药物市场预计从…
阅读更多...
八大算法排序@选择排序（C语言版本）

八大算法排序@选择排序（C语言版本）

目录 选择排序概念算法思想示例步骤1步骤2步骤...n最后一步 代码实现时间复杂度空间复杂度特性总结 选择排序 概念 选择排序&#xff08;Selection Sort&#xff09;是一种简单直观的排序算法。基本思想是在未排序的序列中找到最小&#xff08;或最大&#xff09;元素&#xf…
阅读更多...
VS2022 Android NativeActivity 开发指南

VS2022 Android NativeActivity 开发指南

几年前最初使用VS时&#xff0c;记得是有Android NativeActivity的&#xff0c;今天更新到了2022最新版&#xff0c;发现找不到这个创建选项。 然后确保安装了C 跨平台开发工具后&#xff0c;开始排查原因。 Visual Studio 2022 中没有“本机活动应用程序” - android - SO中…
阅读更多...
微信小程序 01

微信小程序 01

01.介绍 02.注册一个微信开发账户 官网https://mp.weixin.qq.com 03.下载开发工具 直接安装 04.登录开发者工具 先打开ide工具&#xff1a; 而后微信扫码&#xff0c;登录
阅读更多...
clang-format

clang-format

Clang-Format Clang-Format Style Options — Clang 18.0.0git documentation VSCode 1.1 安装扩展 C 1.2 设置 1.3 使用 .clang-fornat 放置在项目&#xff08;代码&#xff09;文件夹下使用 .clang-fornat 为文件名 --- # https://clang.llvm.org/docs/ClangFormatStyle…
阅读更多...
java仓库管理系统Myeclipse开发mysql数据库web结构java编程计算机网页项目

java仓库管理系统Myeclipse开发mysql数据库web结构java编程计算机网页项目

一、源码特点 java Web仓库管理系统是一套完善的java web信息管理系统&#xff0c;对理解JSP java编程开发语言有帮助&#xff0c;系统具有完整的源代码和数据库&#xff0c;系统主要采用B/S模式开发。开发环境为 TOMCAT7.0,Myeclipse8.5开发&#xff0c;数据库为Mysql5.0&…
阅读更多...
STC进阶开发（三）蜂鸣器、RTC时钟、I2C总线、外部中断、RTC闹钟设置、RTC计时器设置

STC进阶开发（三）蜂鸣器、RTC时钟、I2C总线、外部中断、RTC闹钟设置、RTC计时器设置

前言 这一期我们首先学习如何让蜂鸣器响起来&#xff0c;并且如何让蜂鸣器发出简单的歌曲&#xff0c;然后我们介绍RTC时钟&#xff0c;要想明白RTC时钟&#xff0c;我们还需要先介绍I2C总线和外部中断。接下来就开始这一期的学习吧&#xff01; 蜂鸣器 简单介绍 蜂鸣器是一种…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023