哈夫曼编解码

一、编码

【题目描述】

给定一篇用于通信的英文电文，统计该电文中每个字符出现的频率，按频率左小右大的方法为这些字符建立哈夫曼(Huffamn)树，并编出每个字符的哈夫曼树码，输出该电文的哈夫曼码译文。

 

【输入】

输入文件huffman.in是一篇用于通信的英文电文。

【输出】

输出文件huffman.out输出该电文的哈夫曼码译文。

 

【输入输出样例1】

huffman.in	huffman.out
aaccdddbacbcddddddd	011011000011101001100010001111111

【数据限制】

2<=英文电文字符数<=10000000

统计以上abcd出现的个数。

a:3   b:2    c:4    d:10

构造出哈夫曼树

a:011         b:010     c  :00          d:1

二、译码

【题目描述】

给定2个输入文件，第1个输入文件是用于通信的英文电文，统计该电文中每个字符出现的频率，按频率左小右大的方法为这些字符建立哈夫曼(Huffamn)树，并编出每个字符的哈夫曼树码；第2个输入文件是已经按第1个输入文件的英文电文编好的哈夫曼码，输出该哈夫曼码的对应的英文电文。

 

【输入】

第1个输入文件为huffman.in是用于通信的英文电文, 第2个输入文件codeToTxt.in是已经按第1个输入文件编好的哈夫曼码。

【输出】

输出文件codeToTxt.out输出codeToTxt.in文件内容的英文电文。

 

【输入输出样例1】

huffman.in	codeToTxt.in	codeToTxt.out
aaccdddbacbcddddddd	011111011000011101001100010001111	adddaccdddbacbcdddd

【数据限制】

2<=英文电文字符数<=10000000

C代码  

1. #include<stdio.h>  
2. #include<stdlib.h>  
3. #include<string.h>  
4. #include<conio.h>  
5.   
6. #define MAXNUM 60  
7.   
8. typedef struct  
9. {  
10.     char ch;  
11.     int weight; //权值，这个字符出现的频率  
12.     int parent;  
13.     int left;  
14.     int right;  
15. }HuffNode;  
16.   
17. typedef struct  
18. {  
19.     char code[MAXNUM];  
20.     int start;  
21. }HuffCode;  
22.   
23. HuffNode ht[MAXNUM*2]; //存放哈夫曼树  
24.   
25. HuffCode hcd[MAXNUM];  //存放ht数组中对应的字符的编码  
26.   
27. int n;                 //字符的个数  
28.   
29. //初始化哈夫曼树ht  
30. void initHt()  
31. {  
32.     FILE * fp;  
33.     char ch;  
34.     int i=0;  
35.     //从文件document/character.txt中读出要编码的字符和权值  
36.     if((fp=fopen("document/character.txt","r"))==NULL){  
37.         printf("can not open the file character.txt");  
38.         exit(0);  
39.     }  
40.     ht[i].left=ht[i].right=ht[i].parent=-1;  
41.     while((ch=fgetc(fp))!=EOF){  
42.         if(ch=='\n'){  
43.             i++;  
44.             ht[i].left=ht[i].right=ht[i].parent=-1;       
45.         }  
46.         else if((ch>='a' && ch<='z')||(ch>='A' && ch<='Z'))  
47.             ht[i].ch=ch;  
48.         else if(ch>='0'&&ch<='9')  
49.             ht[i].weight=ht[i].weight*10+ch-'0';  
50.     }  
51.     n=i+1;  
52.     if(fclose(fp)){  
53.         printf("can not close the file character.txt");  
54.         exit(0);  
55.     }  
56. }  
57.   
58. //构造哈夫曼树,看成有n棵树，选择权值最小的两棵树合并  
59. void createHuffTree()  
60. {  
61.   
62.     int i=0,k;  
63.     int minI,minJ;  
64.     int f=0;  
65.     minI=minJ=-1; //minI<minJ  
66.     for(k=n;k<2*n-1;k++){  
67.         //寻找ht中权值最小且无父结点的两个结点  
68.         i=0;  
69.         f=0;  
70.         while(ht[i].ch!='\0'){  
71.             if(ht[i].parent==-1){  
72.                 if(f==0){  
73.                     minI=i;  
74.                     f++;  
75.                 }else if(f==1){  
76.                     if(ht[i].weight<ht[minI].weight){  
77.                         minJ=minI;  
78.                         minI=i;  
79.                     }else  
80.                         minJ=i;  
81.                     f++;  
82.                 }else{  
83.                     if(ht[i].weight<ht[minI].weight){  
84.                         minJ=minI;  
85.                         minI=i;  
86.                     }else if(ht[i].weight<ht[minJ].weight)  
87.                         minJ=i;  
88.                 }  
89.             }  
90.             i++;  
91.         }  
92.         //合并两个结点  
93.         ht[k].ch='#';  
94.         ht[k].left=minI;  
95.         ht[k].right=minJ;  
96.         ht[k].weight=ht[minI].weight+ht[minJ].weight;  
97.         ht[k].parent=-1;  
98.         ht[minI].parent=ht[minJ].parent=k;  
99.     }  
100. }  
101.   
102. //将一个字符串反转  
103. void reverse(char *str)  
104. {  
105.     int i,j;  
106.     char ch;  
107.     for(i=0,j=strlen(str)-1;i<j;i++,j--){  
108.         ch=str[i];  
109.         str[i]=str[j];  
110.         str[j]=ch;  
111.     }  
112. }  
113.   
114. //哈夫曼编码，通过父节点从下往上找  
115. void createHuffCode()  
116. {  
117.     int i,j,length;  
118.     FILE * fp;  
119.     for(i=0;i<n;i++){  
120.         length=0;  
121.         j=i;  
122.         //给每个字符进行编码  
123.         while(ht[j].parent!=-1){  
124.             if(ht[ht[j].parent].left==j){  
125.                 hcd[i].code[length++]=0+'0';  
126.             }else  
127.                 hcd[i].code[length++]=1+'0';  
128.             j=ht[j].parent;  
129.         }  
130.   
131.         hcd[i].start=hcd[i].code[length-1]-'0';  
132.         hcd[i].code[length]='\0';  
133.         reverse(hcd[i].code);  
134.     }  
135.     //把hcd字符编码写入文件document/code.txt中  
136.     if((fp=fopen("document/code.txt","w"))==NULL){  
137.         printf("can not open the file character.txt");  
138.         exit(0);  
139.     }  
140.     for(i=0;i<n;i++){  
141.         fputc(ht[i].ch,fp);  
142.         fputs("    ",fp);  
143.         fputs(hcd[i].code,fp);  
144.         fputc('\n',fp);  
145.     }  
146.     if(fclose(fp)){  
147.         printf("can not close the file character.txt");  
148.         exit(0);  
149.     }  
150. }  
151.   
152. //哈夫曼解码，每次都从根节点开始搜索  
153. int releaseHuffCode(char *str,char* code)  
154. {  
155.     int root=2*n-2;  
156.     int length=0,i=0;  
157.     while(code[i]){  
158.         if(code[i]=='0'+0)  
159.             root=ht[root].left;  
160.         else if(code[i]=='0'+1)  
161.             root=ht[root].right;  
162.         else  
163.             return 0;  
164.         if(ht[root].left==-1 && ht[root].right==-1){  
165.             str[length++]=ht[root].ch;  
166.             root=2*n-2;  
167.         }  
168.         i++;  
169.     }  
170.     str[length]='\0';  
171.     if(root==2*n-2)  
172.         return 1;  
173.     return 0;  
174. }  
175.   
176. //用户输入编码字符  
177. void encode()  
178. {  
179.     int i=0,j,f=1;  
180.     char str[50];  
181.     char code[500]={'\0'};  
182.     printf("\n请输入要编码的字符串(length<50)\n");  
183.     scanf("%s",str);  
184.     while(str[i]){  
185.         if((str[i]>='a'&&str[i]<='z')||(str[i]>='A'&&str[i]<='Z')){  
186.             for(j=0;j<n;j++)  
187.                 if(str[i]==ht[j].ch){  
188.                     strcat(code,hcd[j].code);  
189.                     break;  
190.             }  
191.             i++;  
192.         }else{  
193.             f=0;  
194.             break;  
195.         }  
196.     }  
197.     if(f)  
198.         puts(code);  
199.     else  
200.         printf("你输入的字符串错误！\n");  
201.     printf("按任意键后重新选择！\n");  
202.     getch();  
203. }  
204.   
205. //用户输入解码字串  
206. void  decode()  
207. {  
208.     char str[50];  
209.     char code[500];  
210.     printf("\n请输入要解码的字串(用0和1表示)\n");  
211.     scanf("%s",code);  
212.     if(releaseHuffCode(str,code))  
213.         puts(str);  
214.     else  
215.         printf("你输入的字串错误！\n");  
216.       
217.     printf("按任意键后重新选择！\n");  
218.     getch();  
219. }  
220.   
221. //主函数  
222. void main()  
223. {  
224.     int choice=1;  
225.     initHt();  
226.     createHuffTree();  
227.     createHuffCode();  
228.     while(choice){  
229.        system("cls");   
230.        printf("/****************哈夫曼编码与解码*********************/\n");  
231.        printf(" 在document/character.txt 文件中存放着各个字母的权值\n");  
232.        printf(" 程序从中读出各个字母的权值构造哈夫曼树并进行编码\n");  
233.        printf(" 各个字符的编码存在document/code.txt文件中\n");  
234.        printf("/*****************************************************/\n");  
235.        printf("\n请输入你的选择：1 ---- 编码  2 ---- 解码  0 ---- 退出\n");  
236.        scanf("%d",&choice);  
237.        switch(choice){  
238.        case 1:   
239.            encode();  
240.            break;  
241.        case 2:   
242.            decode();  
243.            break;  
244.        case 0:   
245.            printf("谢谢使用！\n");  
246.            break;  
247.        default:  
248.            choice=1;  
249.            printf("你的输入错误！按任意键后重新输入！\n");  
250.            getch();  
251.            break;  
252.        }  
253.    }  
254. }