C/C++哈夫曼编码和解码器的实现[2023-07-06]
“数据结构与算法综合设计”任务书
专 业： 计算机与软件工程学院所有专业 年 级： 2021
一、 设计题目
哈夫曼编码和解码器的实现
二、 设计内容
【问题描述】
电子邮件是一种用电子手段提供信息交换的通信方式，是互联网应用最广的服务。电子邮件可以是文字、图像、声音甚至是涂鸦文件等多种形式。同时，用户可以得到大量免费的新闻、专题邮件，并实现轻松的信息搜索。电子邮件的存在极大地方便了人与人之间的沟通和交流，促进了社会的发展。为确保邮件的安全性，用户可以设置强密码登录，防止被黑客轻易破解，涉及敏感数据的邮件一定要进行加密，商务密邮采用高强度加密算法，对邮件正文、附件、图片等数据进行加密后发送，实现数据在传输中及邮件系统存储中均以密文形式，非授权用户无法解密邮件，即便邮箱被盗，不法分子也无法查看、篡改和复制里面的内容。模拟邮箱加密邮件的过程，以邮件信息为基础，发送方利用哈夫曼树对邮件内容（英文字母、数字、汉字）进行编码，将码本通过 RSA 加密并同编码后的邮件信息发送给接收者，接受方对密文进行解密并将邮件信息显示在界面上。
【基本要求】
（1）设计数据结构
邮件：待发送的重要信息，保存在文件中；
哈夫曼树：保存在文件中，建立字符与哈夫曼编码的映射；
密钥：保存在文件中，包括公钥和私钥，对码本加密和解密
（2）制作可视化界面
a. 界面要求可以进行交互，要求实现图形界面不是简单的控制台应用，界面要求美观、布局合理，符合用户使用习惯。
b. 对每种操作，可以在界面上进行选择，例如：路径选择、保存文件、对邮件进行加密和解密、将原文、码本和解密后的文本、哈夫曼树显示在界面上等。
c. 可视化系统（如窗体、web 网页等）
（3）数据以文件的方式进行存储。
a. 待加密文件保存为 document.txt
b. 对字符进行哈夫曼编码，保存为二进制格式 code.dat
c. 解码，保存为 decode.txt
d. 建立哈夫曼树，保存为 HFM.txt
（4）使用RSA算法
了解 RSA 算法，双方加解密需设计好公钥和私钥，用设定好的密钥对码本进行加密和解密和数字签名和验证。
（5）编码算法比较
给出并实现其它多种编码算法（其它2种以上），分析并比较这些算法和啥夫曼编码算法。
（6）基本操作实现要求至少要实现以下操作：
文件读写操作、构造哈夫曼树、构造哈夫曼编码和解码、RSA密钥生成和管理、邮件的签名与验证，邮件的加解密、其它编码算法实现。
【团队分工与协作】
（1） 团队人数：5人；
（2） 每个题目分解成多个模块，由多人合作共同完成；
（3） 同一大题目组内成员充分讨论，划分出每人的工作任务，不得雷同。
三、 设计要求
操作系统：Windows等，自选。
开发语言：首选C/C++，也可根据题目特点自选其它语言。
设计要求：
（1） 要求利用结构化程序设计方法以及所采用的C/C++等编程语言思想来完成系统设计；
（2） 模块化程序设计：要求在设计过程中按功能定义函数或书写多个文件，进行模块化设计，各个功能模块用函数的形式来实现；
（3） 学生所选课题必须上机实现，并获得正确的结果；
（4） 每人完成各自模块的数据结构设计、模块界面设计、功能实现。
（5） 系统基础数据及功能模块应能共享使用，各模块应能整合在一起进行测试；
（6） 操作流程简便合理，操作界面美观自然，符合普通用户一般操作习惯和大众审美。
源码
https://pan.baidu.com/s/1J--MYtUyPilpJKTD15-SgA?pwd=1111
四、 设计原则、文档内容、提交文档
（一）设计原则
- 独立编程，某些技术或算法可借鉴他人成果，但必须在理解、吸收基础上借鉴和适应性修改，必须弄懂算法原理、技术手段，否则，成绩一律以零分计；
- 设计小组可共同探讨交流算法设计方法和技术实现，但每人必须独立开发一个模块，严禁复制！说明书严禁抄袭，必须独立撰写，否则，成绩一律以零分计；
- 与导师商议后可适度修改设计方案，同时说明修改理由，不得对设计内容擅自删减，否则，视作未完成设计任务；
- 设计说明书：认真撰写，论述充分，层次清楚，符合设计说明书的格式和内容等相关规定。
（二）设计文档应包括以下内容 - 课程设计的题目、系统的总功能和各子模块的功能；
- 需求分析：描述问题，简述课题需要解决的问题是什么，有什么要求和限制条件等；
- 总体设计：程序设计组成框图、流程图、以及每个抽象数据类型的定义(包括数据结构的描述和每个基本操作的功能说明)及关系等；
- 详细设计：各模块功能设计说明，如：算法设计、函数功能、入口及出口参数说明、函数调用关系描述等；
- 调试与测试：调试/测试方法，测试结果分析，测试过程中遇到的主要问题及采取的解决办法；
- 测试结果：用几组测试数据验证算法设计的正确性；
- 综合设计的总结，主要包括：
（1）综合设计中遇到的主要问题和解决方法；
（2）创新和得意之处；
（3）综合设计中存在的不足，需进一步改进的设想；
（4）综合设计的感想和心得体会。 - 附录（此项可选）
以上内容均应写入《综合设计说明书》中，要求干净整洁，符合综合设计的要求和规范。
（三）提交文档
设计结束后，每个团队需要提交的综合设计相关资料如下：
以“小组编号-题目”作为文件夹名，分别建：“文档”、“程序”两个子文件夹，如下：
（1）“文档”文件夹：
放入2个文档：
1）综合设计任务书
2）综合设计说明书（注：要求符合设计说明书（模板）之各项规定），要求为Word文档（.docx）+转换成的Pdf文档（.pdf）；
（2）“程序”文件夹：放入程序源代码、可执行文件，有数据文件的题目将数据文件也放入此文件夹里。
五、 进度安排
在2~3周的时间内完成综合设计任务，具体安排如下： - 分组，每个小组4~7人，教师指定或自由组队。
- 选题，上机前完成。结合设计任务，复习课程相关内容。
- 查阅资料，完成总体设计和人机界面设计。
- 小组成员进行模块分工，各自学习并掌握开发工具及相关技术。
- 各小组成员分别进行自己模块的详细设计。
- 各小组成员分别进行自己模块的编码实现测试。
- 小组模块集成及系统测试。
- 撰写综合设计说明书。
- 以小组为单位进行答辩，指导教师对每个学生提问、答辩。
六、 参考资料 - 游洪跃等.数据结构与算法（C++版）（第2版）.北京：清华大学出版社.2020.11.
- Adam Drozdek. Data Structures and Algorithms in C++(4th Edition).北京:清华大学出版社.2018.04.
- 严蔚敏.数据结构（C语言版）.北京:清华大学出版社.2007.03.
- [美]马克·艾伦·维斯.数据结构与算法分析：Java语言描述（第3版）北京:机械工业出版社.2016.03.
- 李春葆.数据结构简明教程(第2版).北京:清华大学出版社.2018.12.
- Jon Kleinberg. Algorithm Design.北京:人民邮电出版社.2019.05.
- 张海藩. 软件工程（第4版）.北京:人民邮电出版社.2013.08.
指导教师签名 日期 年 月 日