《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程設(shè)計(jì)

（2019/2020學(xué)年第一學(xué)期） 指導(dǎo)教師：孫麒、霍戌文

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程設(shè)計(jì)

任務(wù)書

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的核心課程之一，在計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)習(xí)過程中占有非常重要的地位。《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程設(shè)計(jì)》就是要運(yùn)用本課程以及到目前為止的有關(guān)課程中的知識和技術(shù)來解決實(shí)際問題。特別是面臨非數(shù)值計(jì)算類型的應(yīng)用問題時，需要選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出滿足一定時間和空間限制的有效算法。

本課程設(shè)計(jì)要求同學(xué)獨(dú)立完成一個較為完整的應(yīng)用需求分析。并在設(shè)計(jì)和編寫具有一定規(guī)模程序的過程中，深化對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程中基本概念、理論和方法的理解；訓(xùn)練綜合運(yùn)用所學(xué)知識處理實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)理念；使自己的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試水平有一個明顯的提高。
一、赫夫曼編碼/譯碼器

問題描述
利用赫夫曼編碼進(jìn)行通信可以大大提高信道利用率，縮短信息傳輸時間，降低傳輸成本。這要求在發(fā)送端通過一個編碼系統(tǒng)對待傳輸數(shù)據(jù)預(yù)先編碼，在接收端將傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼（復(fù)原）。對于雙工信道（即可以雙向傳輸信息的信道），每端都需要一個完整的編/譯碼系統(tǒng)。試為這樣的信息收發(fā)站編寫一個赫夫曼碼的編/譯碼系統(tǒng)。

基本要求
一個完整的系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：
(1) I：初始化（Initialization）。從終端讀入字符集大小n，以及n個字符和n個權(quán)值，建立赫夫曼樹，并將它存于文件hfmTree中。
(2) E：編碼（Encoding）。利用已建好的赫夫曼樹（如不在內(nèi)存，則從文件hfmTree中讀入），對文件ToBeTran中的正文進(jìn)行編碼，然后將結(jié)果存入文件CodeFile中。
(3) D：譯碼（Decoding）。利用已建好的赫夫曼樹將文件CodeFile中的代碼進(jìn)行譯碼，結(jié)果存入文件Textfile中。
以下為選做：
(4) P：打印代碼文件（Print）。將文件CodeFile以緊湊格式顯示在終端上，每行50個代碼。同時將此字符形式的編碼文件寫入文件CodePrin中。
(5) T：打印赫夫曼樹（Tree printing）。將已在內(nèi)存中的赫夫曼樹以直觀的方式（比如樹）顯示在終端上，同時將此字符形式的赫夫曼樹寫入文件TreePrint 中。

測試要求
（1）已知某系統(tǒng)在通信聯(lián)絡(luò)中只可能出現(xiàn)八種字符，其頻率分別為0.05、0.29、0.07、0.08、0.14、0.23、0.03、0.11，試設(shè)計(jì)赫夫曼編碼。
(2) 用下表給出的字符集和頻度的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立赫夫曼樹，并實(shí)現(xiàn)以下報(bào)文的編碼和譯碼：“THIS PROGRAME IS MY FAVORITE”。
字符 A B C D E F G H I J K L M
頻度 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
頻度 57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 1

實(shí)現(xiàn)提示
(1) 編碼結(jié)果以文本方式存儲在文件Codefile中。
(2) 用戶界面可以設(shè)計(jì)為“菜單”方式：顯示上述功能符號，再加上“Q”，表示退出運(yùn)行Quit。請用戶鍵入一個選擇功能符。此功能執(zhí)行完畢后再顯示此菜單，直至某次用戶選擇了“Q”為止。
(3) 在程序的一次執(zhí)行過程中，第一次執(zhí)行I，D或C命令之后，赫夫曼樹已經(jīng)在內(nèi)存了，不必再讀入。每次執(zhí)行中不一定執(zhí)行I命令，因?yàn)槲募fmTree可能早已建好。
二、具體要求：
課程設(shè)計(jì)成果的內(nèi)容必須由以下四個部分組成，缺一不可。
(1) 上交源程序：學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)題目的具體要求所開發(fā)的所有源程序（應(yīng)該放到一個文件夾中），然后打包壓縮后上交；
(2) 上交程序的說明文件：（保存在.txt中）在說明文檔中應(yīng)該寫明上交程序所在的目錄，上交程序的主程序文件名，如果需要安裝第三方軟件才能運(yùn)行，要有第三方程序的安裝使用說明；（可以在報(bào)告中體現(xiàn)）
(3) 設(shè)計(jì)報(bào)告：（電子版本，保存在word 文檔中，文件名要求： 按照“學(xué)號_姓名_設(shè)計(jì)題目”起名，如文件名為“XXX_張三_赫夫曼編碼 ”.doc或.docx）。
其中包括:
1） 題目；
2） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#xff1b;
3） 需求分析：在該部分中敘述實(shí)現(xiàn)的功能要求；
4） 概要設(shè)計(jì)：
在此說明每個部分的算法設(shè)計(jì)說明（可以是描述算法的流程圖），每個程序中使用的存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明（如果指定存儲結(jié)構(gòu)請寫出該存儲結(jié)構(gòu)的定義）；
5） 詳細(xì)設(shè)計(jì)
各個算法實(shí)現(xiàn)的源程序，對每個題目要有相應(yīng)的源程序（可以是一組源程序，每個功能模塊采用不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)）。源程序要按照寫程序的規(guī)則來編寫。要結(jié)構(gòu)清晰，重點(diǎn)函數(shù)的重點(diǎn)變量，重點(diǎn)功能部分要加上清晰的程序注釋；
6） 調(diào)試分析
測試數(shù)據(jù)，測試輸出的結(jié)果，時間復(fù)雜度分析，和每個模塊設(shè)計(jì)和調(diào)試時存在問題的思考（問題是哪些？問題如何解決？），算法的改進(jìn)設(shè)想；
7） 總結(jié)：
總結(jié)可以包括 : 設(shè)計(jì)過程的收獲、遇到問題及解決問題過程的思考、程序調(diào)試能力的思考、對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程的思考、在設(shè)計(jì)過程中對《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的認(rèn)識等內(nèi)容。
（4）單獨(dú)上交電子版本的“課程設(shè)計(jì)答辯記錄表”，命名方法同上；

三、工作內(nèi)容及工作計(jì)劃：一周
時間 地點(diǎn) 工作內(nèi)容 指導(dǎo)教師
11.13/11 上午 10-414/413/409 實(shí)驗(yàn)要求，需求分析 孫麒、霍戌文
下午 10-414/413/409 查找資料，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
11.20/12 上午 10-414/413/409 算法設(shè)計(jì)，用戶界面設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
下午 10-414/413/409 算法設(shè)計(jì)，用戶界面設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
11.27/13 上午 10-414/413/409 詳細(xì)設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
下午 10-414/413/409 詳細(xì)設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
12.04/14 上午 10-414/413/409 測試分析與完善設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
下午 10-414/413/409 測試分析與完善設(shè)計(jì) 孫麒、霍戌文
12.11/15 上午 10-414/413/409 上機(jī)檢查，答辯 孫麒、霍戌文
下午 10-414/413/409 上機(jī)檢查、答辯 孫麒、霍戌文

四、考核成績評定標(biāo)準(zhǔn)：
本課程在理論課完成后進(jìn)行，最終成績按五級評分：優(yōu)、良、中、及格、不及格。
五個級別對應(yīng)的百分之關(guān)系為：
A: 成績>=90；
B: 90>成績>=80；
C: 80>成績>=70；
D: 70>成績>=60；
E: 60<成績。
本課程設(shè)計(jì)的評價由四部分部分組成，包括面試成績（40%），課程設(shè)計(jì)報(bào)告（40%），實(shí)踐操作表現(xiàn)（10%），考勤與課堂表現(xiàn)（10%）。其中，課程設(shè)計(jì)報(bào)告40%，根據(jù)學(xué)生提交的報(bào)告完成情況及質(zhì)量，進(jìn)行考評；面試成績占40%，學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)程序，教師提出相關(guān)問題，根據(jù)學(xué)生回答問題的清晰度、準(zhǔn)確性、敏捷性，進(jìn)行考評；實(shí)踐操作成績占10%，根據(jù)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中分析解決問題的能力、完成任務(wù)的速度和質(zhì)量、提問的質(zhì)量等進(jìn)行評分；到課率占10%，以課堂出勤率和課內(nèi)討論參與度為評分依據(jù)。

具體考核與評估標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：
考核方式
或途徑 考核要求 考核權(quán)重 評估級別
課程設(shè)計(jì)報(bào)告 內(nèi)容設(shè)計(jì)合理、完整，格式規(guī)范 40% 格式規(guī)范、內(nèi)容完整最高得10分；方案及類的設(shè)計(jì)最優(yōu)得10分；代碼實(shí)現(xiàn)及風(fēng)格最高10分；遇到問題解決、改正優(yōu)化心得最高10分。
面試成績 程序功能設(shè)計(jì)合理、完整，能夠正常運(yùn)行，類的設(shè)計(jì)合理，能夠準(zhǔn)確得回答老師提出的問題 40% 能夠根據(jù)要求正確完成演示最高得10分；能夠?qū)Ψ桨高M(jìn)行清晰完整的進(jìn)行闡述最高10分；對老師提出的問題回答及時、準(zhǔn)確，最高得10分；綜合表現(xiàn)最高10分。
實(shí)踐操作表現(xiàn) 具備一定的解決問題的能力，能在規(guī)定的時間內(nèi)順利完成任務(wù) 10% 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目本身的問題，在課程設(shè)計(jì)考核前完成，得8分；2分為答辯或者爭取優(yōu)秀的，老師隨機(jī)給出小的程序修改問題，完成得2分。
考勤與課堂表現(xiàn) 課堂出勤率和課內(nèi)討論參與度 10% 8分為出勤，2分為課內(nèi)參與度，出勤才有扣分制，簽到和隨機(jī)點(diǎn)名，未被點(diǎn)到1次扣1分，本項(xiàng)最低0分；課內(nèi)參與采用加分支，參與一次加1分，最高2分。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《数据结构与算法》课程设计任务书——赫夫曼编码/译码器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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