Huffman编码程序

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

const int INF = 1000000000;
const int maxBit = 1 << 5;
const int maxNode = 1 << 10;
const int maxCode = 1 << 10;

// 节点信息结构
struct Node {
	// 值
	string value;
	// 权值
	float weight;
	// 父节点
	int parent;
	// 左子节点
	int lchild;
	// 右子节点
	int rchild;
};

// 编码信息结构
struct Code {
	// 编码字符
	int bit[maxBit];
	// 开始位置
	int start;
	// 值
	string value;
};

// 节点数组
Node huffman[maxNode];
// 编码数组
Code huffmanCode[maxCode];

// n个字符串
int n;

// 初始化Huffman树
void initHuffmanTree() {
	for(int i = 0; i < (2 * n) - 1; i++) {
		huffman[i].weight = 0;
		huffman[i].value = "";
		huffman[i].parent = -1;
		huffman[i].lchild = -1;
		huffman[i].rchild = -1;
	}
}


// 贪心法
// 构造Huffman树
void huffmanTree() {
	// 循环构建Huffman树
	for(int i = 0; i < n - 1; i++) {
		// m1,m2存放所有节点中权值最小的两个节点权值
		int m1 = INF;
		int m2 = INF;
		// x1,x2存放所有节点中权值最小的两个节点下标
		int x1 = 0;
		int x2 = 0;
		for(int j = 0; j < n + i; j++) {
			if(huffman[j].weight < m1 && huffman[j].parent == -1) {
				m2 = m1;
				x2 = x1;
				m1 = huffman[j].weight;
				x1 = j;
			} else if(huffman[j].weight < m2 && huffman[j].parent == -1) {
				m2 = huffman[j].weight;
				x2 = j;
			}
		}
		// 设置找到的两个节点的x1,x2的父节点信息
		huffman[x1].parent = n + i;
		huffman[x2].parent = n + i;
		huffman[n + i].weight = huffman[x1].weight + huffman[x2].weight;
		huffman[n + i].lchild = x1;
		huffman[n + i].rchild = x2;
	}
}

// huffman编码
void huffmanEncoding() {
	// 临时结构
	Code cd;
	int child, parent;
	for(int i = 0; i < n; i++) {
		cd.value = huffman[i].value;
		cd.start = n - 1;
		child = i;
		parent = huffman[child].parent;
		// 未到根节点
		while(parent != -1) {
			// 左孩子
			if(huffman[parent].lchild == child) {
				cd.bit[cd.start] = 0;
			} else {
				// 右孩子
				cd.bit[cd.start] = 1;
			}
			cd.start--;
			// 设置下一循环条件
			child = parent;
			parent = huffman[child].parent;
		}

		// 保存求出的每个叶子节点的Huffman编码结构
		for(int j = cd.start + 1; j < n; j++) {
			huffmanCode[i].bit[j] = cd.bit[j];
		}
		huffmanCode[i].start = cd.start;
		huffmanCode[i].value = cd.value;
	}
}

// 打印每个叶节点的Huffman编码和编码起始值
void printHuffmanCode() {
	for(int i = 0; i < n; i++) {
		cout << "第" << i + 1 << "个字符 " << huffmanCode[i].value << " 的Huffman编码为:";
		for(int j = huffmanCode[i].start + 1; j < n; j++) {
			cout << huffmanCode[i].bit[j];
		}
		cout << " 编码起始值为:" << huffmanCode[i].start << endl;
	}
	cout << endl;
}

// 解码Huffman编码
void HuffmanDecoding(string s) {
	vector<string> v;
	// 标识位
	int ok = 1;
	for(int i = 0; i < s.length();) {
		// 根节点
		int x = (2 * n) - 1 - 1;
		// 不为叶子节点
		while(huffman[x].lchild != -1 && huffman[x].rchild != -1) {
			// 左子树
			if(s[i] == '0') {
				x = huffman[x].lchild;
			} else {
				// 右子树
				x = huffman[x].rchild;
			}
			i++;
			// 处理0,1序列有误
			// 这种情况一般是结尾0,1序列少了,导致最后一个字符串解码失败
			if(i == s.length() && huffman[x].lchild != -1) {
				ok = 0;
				break;
			}
		}

		if(ok) {
			v.push_back(huffman[x].value);
		}
	}
	if(ok) {
		for(int i = 0; i < v.size(); i++) {
			cout << v[i];
		}
		cout << endl << endl;
	} else {
		cout << "解码有误。" << endl << endl;
	}
}

int main() {
	while(true) {
		// 初始化

		// 输入数据
		cout << "请输入字符串个数(0退出):";
		cin >> n;
		if(!n) {
			break;
		}

		// 初始化Huffman树
		initHuffmanTree();

		for(int i = 0; i < n; i++) {
			cout << "一共" << n << "个字符串,请输入第" << i + 1 << "个字符串及其权值:";
			cin >> huffman[i].value;
			cin >> huffman[i].weight;
		}

		// 构造Huffman树
		huffmanTree();

		// huffman编码
		huffmanEncoding();

		// 打印每个叶节点的Huffman编码和编码起始值
		printHuffmanCode();

		while(true) {
			cout << "请输入一段符合上述编码的0,1序列(q进入下一次编码解码):";
			string s;
			cin >> s;
			if(s[0] == 'q') {
				cout << endl;
				break;
			}
			cout << "原始0,1序列为:" << s << endl;
			cout << "解码后为:";
			// 解码
			HuffmanDecoding(s);
		}
	}
	return 0;
}

https://blog.youkuaiyun.com/q547550831/article/details/51589278

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