赫夫曼树编码解码实例(C)

//HuffmanTree.h
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define OVERFLOW -1

typedef struct{
    char data;           //节点所存字符
    unsigned int weight;    //节点权重
    unsigned int parent,lchild,rchild;
}HTNode, *HuffmanTree;     //动态分配数组存储赫夫曼树
typedef char** HuffmanCode;//动态分配数组存储赫夫曼编码表


//从T的1到n个节点中找出没有结合(即parent=0)的节点中权重weight最小的两个节点的下标;用l,r带回;
void Select(HuffmanTree T,int n,int&l,int&r)
{
    HuffmanTree p=T+1;int a=0,b=0;
    for(int i=1;i<=n;++i,++p){
        if(!p->parent){//找出双亲节点为空的节点;
            if(!a){l=i;a=1;}
            else if(!b){r=i;b=1;}
            else if(p->weight<(T+l)->weight||p->weight<(T+r)->weight){
                if((T+l)->weight<=(T+r)->weight)r=i;
                else l=i;
            }
        }
    }
}


//w存放n个字符的权值(均>0),构造赫夫曼树HT,并求出n个字符的赫夫曼编码HC
//HT为赫夫曼树,HC为赫夫曼编码,w为权重数组,n为w长度
void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, int *w, char* c, int n){

    if(n<=1) return;
    int m = 2*n-1;
    HT = (HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode)); //0号单元未用
    HuffmanTree p;
    int i;
    for(p=HT+1,i=1; i<=n; ++i,++p,++w) *p = {c[i-1],*w,0,0,0};
    for(i=n+1; i<=m; ++i, ++p)         *p = {0,0,0,0,0};

    for(i=n+1; i<=m; ++i){ //建赫夫曼树
        //在HT[1..i-1]选择parent为0且weight最小的两个节点,其序号分别为s1和s2。
        int s1,s2;
        Select(HT, i-1, s1, s2);
        HT[s1].parent = i; HT[s2].parent = i;
        HT[i].lchild = s1; HT[i].rchild = s2;
        HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;
    }
    //---从叶子到根逆向求每个字符的赫夫曼编码---
    HC = (HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char *)); //分配n个字符编码的头指针向量
    char* cd = (char *)malloc(n*sizeof(char));          //分配求编码的工作空间
    cd[n-1] = '\0';    //编码结束符
    for(i=1; i<=n; ++i){
        //逐个字符求赫夫曼编码
        int start = n-1;  //编码结束符位置
        int c,f;
        for(c=i, f=HT[i].parent; f!=0; c=f,f=HT[f].parent) //从叶子到根逆向求编码
            if(HT[f].lchild == c) cd[--start] = '0';
            else cd[--start] = '1';
        HC[i] = (char *)malloc((n-start)*sizeof(char));  //为第i个字符编码分配空间
        strcpy(HC[i],&cd[start]); //从cd复制编码(串)到HC
    }
    free(cd);  //释放工作空间
}


//输出赫夫曼编码
//HC为赫夫曼编码,w为权重数组,n为w长度,c为字符数组
void PrintHuffmanCode(HuffmanCode HC,int* w,char* c,int n)
{
    char *p;
    int i;
    for(i=1;i<=n;++i){
        printf("字符:%c,权重:%3d,编码:", c[i-1], w[i-1]);
        p=HC[i];
        printf("%s\n",p);
    }
}

//返回某字符的赫夫曼编码
//HC为赫夫曼编码,c为字符数组,n为c长度,ch为要编码的字符
char* EnCode(HuffmanCode HC, char* c, char ch, int n)
{
    int i;
    for(i=0;i<n;++i){
        if(c[i]==ch){
            char *p = HC[i+1];
            return p;
        }
    }
}

//解码
//s为待解码字符串,HT为赫夫曼树
char* DeCode(const char*s, HuffmanTree HT){
    int i; HuffmanTree p=HT;
    static char result[500];
    int j=0;

    //寻找根节点
    while(p->parent!=0) p++;
    const HuffmanTree root = p;

    for(i=0; i<strlen(s); ++i){
        if(s[i]=='0'){
            if(p->lchild!=0){
                p=HT+p->lchild;
            }
        }
        else if(s[i]=='1'){
            if(p->rchild!=0){
                p=HT+p->rchild;
            }
        }
        if(p->lchild==0&&p->rchild==0){
            result[j]=p->data;++j;
            p = root;
        }
    }
    result[j] = '\0';
    return result;
}

#include "HuffmanTree.h"
#include <stdio.h>

int main(void){

    char s[500];

READ:
    printf("请输入一段话:");
    gets(s);


    int i=0,w[1000]={0},*word; char *c; //word记录权值,c记录字符

    while(s[i]!='\0'){ //出现次数计数
        w[s[i]+500]++;
        ++i;
    }

    int j=0; word = (int*)malloc(sizeof(int));
             c = (char*)malloc(sizeof(char));
    for(i=-500;i<500;++i){
        if(w[i+500]!=0){
            word = (int*)realloc(word,(j+1)*sizeof(int));
            c = (char*)realloc(c,(j+1)*sizeof(char));
            word[j] = w[i+500];
            c[j] = i;
            ++j;
        }
    }

    const int len = j; //字符数组、权重数组长度


    if(len==1){
        printf("请输入大于1种字符!\n");
        goto READ;
    }

    HuffmanCode HC;HuffmanTree HT;
    HuffmanCoding(HT,HC,word,c,len);
    PrintHuffmanCode(HC,word,c,len);

    i=0;
    printf("赫夫曼编码后结果为:");
    char code[1000]={'\0'};
    while(s[i]!='\0'){
        strcat(code,EnCode(HC,c,s[i],len));
        ++i;
    }
    printf("%s\n",code);

    printf("解码结果为:%s",DeCode(code,HT));
    printf("\n");
    getchar();
    return 0;
}

运行截图:
这里写图片描述

这里写图片描述

这里写图片描述

#include #include #include #include using namespace std; # define MaxN 100//初始设定的最大结点数 # define MaxC 1000//最大编码长度 # define ImpossibleWeight 10000//结点不可能达到的权值 # define n 26//字符集的个数 //-----------哈夫曼树的结点结构类型定义----------- typedef struct //定义哈夫曼树各结点 { int weight;//权值 int parent;//双亲结点下标 int lchild;//左孩子结点下标 int rchild;//右孩子结点下标 }HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树 typedef char**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码表 //-------全局变量-------- HuffmanTree HT; HuffmanCode HC; int *w;//权值数组 //const int n=26;//字符集的个数 char *info;//字符值数组 int flag=0;//初始化标记 //********************************************************************** //初始化函数 //函数功能: 从终端读入字符集大小n , 以及n个字符和n个权值,建立哈夫曼树,并将它存于文件hfmTree中 //函数参数: //向量HT的前n个分量表示叶子结点,最后一个分量表示根结点,各字符的编码长度不等,所以按实际长度动态分配空间 void Select(HuffmanTree t,int i,int &s1,int &s2) { //s1为最小的两个值中序号最小的那个 int j; int k=ImpossibleWeight;//k的初值为不可能达到的最大权值 for(j=1;j<=i;j++) { if(t[j].weight<k&&t[j].parent==0) {k=t[j].weight; s1=j;} } t[s1].parent=1; k=ImpossibleWeight; for(j=1;j<=i;j++) { if(t[j].weight0),构造哈夫曼树HT,并求出n个字符的哈弗曼编码HC { int i,m,c,s1,s2,start,f; HuffmanTree p; char* cd; if(num<=1) return; m=2*num-1;//m为结点数,一棵有n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点,可以存储在一个大小为2n-1的一维数组中 HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));//0号单元未用 //--------初始化哈弗曼树------- for(p=HT+1,i=1;iweight=*w; p->parent=0; p->lchild=0; p->rchild=0; } for(i=num+1;iweight=0; p->parent=0; p->lchild=0; p->rchild=0; } //--------建哈夫曼树------------- for(i=num+1;i<=m;i++) { Select(HT,i-1,s1,s2);//在HT[1...i-1]选择parent为0且weight最小的两个结点,其序号分别为s1和s2 HT[s1].parent=i; HT[s2].parent=i; HT[i].lchild=s1; HT[i].rchild=s2;//左孩子权值小,右孩子权值大 HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight; } //-------从叶子到根逆向求每个字符的哈弗曼编码-------- HC=(HuffmanCode)malloc((num+1)*sizeof(char *));//指针数组:分配n个字符编码的头指针向量 cd=(char*)malloc(n*sizeof(char*));//分配求编码的工作空间 cd[n-1]='\0';//编码结束符 for(i=1;i<=n;i++)//逐个字符求哈弗曼编码 { start=n-1;//编码结束符位置 for(c=i,f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent)//从叶子到跟逆向求哈弗曼编码 if(HT[f].lchild==c) cd[--start]='0';//判断是左孩子还是右孩子(左为0右为1) else cd[--start]='1'; HC[i]=(char*)malloc((num-start)*sizeof(char*));//按所需长度分配空间 int j,h; strcpy(HC[i],&cd[start]); } free(cd); } //****************初始化函数****************** void Initialization() { flag=1;//标记为已初始化 int i; w=(int*)malloc(n*sizeof(int));//为26个字符权值分配空间 info=(char*)malloc(n*sizeof(char));//为26个字符分配空间 ifstream infile("ABC.txt",ios::in); if(!infile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for(i=0;i>info[i]; infile>>w[i]; } infile.close(); cout<<"读入字符成功!"<<endl; HuffmanCoding(HT,HC,w,n); //------------打印编码----------- cout<<"依次显示各个字符的值,权值或频度,编码如下"<<endl; cout<<"字符"<<setw(6)<<"权值"<<setw(11)<<"编码"<<endl; for(i=0;i<n;i++) { cout<<setw(3)<<info[i]; cout<<setw(6)<<w[i]<<setw(12)<<HC[i+1]<<endl; } //---------将建好的哈夫曼树写入文件------------ cout<<"下面将哈夫曼树写入文件"<<endl; ofstream outfile("hfmTree.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for(i=0;i<n;i++,w++) { outfile<<info[i]<<" "; outfile<<w[i]<<" "; outfile<<HC[i+1]<<" "; } outfile.close(); cout<<"已经将字符与对应的权值,编码写入根目录下文件hfmTree.txt"<<endl; } //*****************输入待编码字符函数************************* void Input() { char string[100]; ofstream outfile("ToBeTran.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } cout<<"请输入你想要编码的字符串(字符个数应小于100),以#结束"<>string; for(int i=0;string[i]!='\0';i++) { if(string[i]=='\0') break; outfile<<string[i]; } cout<<"获取报文成功"<<endl; outfile.close(); cout<<"------"<<"已经将报文存入根目录下的ToBeTran.txt文件"<<endl; } //******************编码函数**************** void Encoding() { int i,j; char*string; string=(char*)malloc(MaxN*sizeof(char)); cout<<"下面对根目录下的ToBeTran.txt文件中的字符进行编码"<<endl; ifstream infile("ToBeTran.txt",ios::in); if(!infile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for(i=0;i>string[i]; } for(i=0;i<100;i++) if(string[i]!='#') cout<<string[i]; else break; infile.close(); ofstream outfile("CodeFile.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for(i=0;string[i]!='#';i++) { for(j=0;j<n;j++) { if(string[i]==info[j]) outfile<<HC[j+1]; } } outfile<<'#'; outfile.close(); free(string); cout<<"编码完成------"; cout<<"编码已写入根目录下的文件CodeFile.txt中"<<endl; } //******************译码函数**************** void Decoding() { int j=0,i; char *code; code=(char*)malloc(MaxC*sizeof(char)); char*string; string=(char*)malloc(MaxN*sizeof(char)); cout<<"下面对根目录下的CodeFile.txt文件中的代码进行译码"<<endl; ifstream infile("CodeFile.txt",ios::in); if(!infile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for( i=0;i>code[i]; if(code[i]!='#') { cout<<code[i]; } else break; } infile.close(); int m=2*n-1; for(i=0;code[i-1]!='#';i++) { if(HT[m].lchild==0) { string[j]=info[m-1]; j++; m=2*n-1; i--; } else if(code[i]=='1') m=HT[m].rchild; else if(code[i]=='0') m=HT[m].lchild; } string[j]='#'; ofstream outfile("TextFile.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } cout<<"的译码为------"<<endl; for( i=0;string[i]!='#';i++) { outfile<<string[i]; cout<<string[i]; } outfile<<'#'; outfile.close(); cout<<"------译码完成------"<<endl; cout<<"译码结果已写入根目录下的文件TextFile.txt中"<<endl; free(code); free(string); } //*************打印编码函数**************** void Code_printing() { int i; char *code; code=(char*)malloc(MaxC*sizeof(char)); cout<<"下面打印根目录下文件CodeFile.txt中的编码"<<endl; ifstream infile("CodeFile.txt",ios::in); if(!infile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for( i=0;i>code[i]; if(code[i]!='#') cout<<code[i]; else break; } infile.close(); cout<<endl; ofstream outfile("CodePrin.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"打开失败"<<endl; exit(1); } for(i=0;code[i]!='#';i++) { outfile<<code[i]; } outfile.close(); free(code); cout<<"------打印结束------"<<endl; cout<<"该字符形式的编码文件已写入文件CodePrin.txt中"<<endl; } //*************打印哈夫曼树函数**************** int numb=0; void coprint(HuffmanTree start,HuffmanTree HT) //start=ht+26这是一个递归算法 { if(start!=HT) { ofstream outfile("TreePrint.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"打开失败"<rchild,HT); //递归先序遍历 cout<<setw(5*numb)<weight<rchild==0) cout<<info[start-HT-1]<<endl; outfile<weight; coprint(HT+start->lchild,HT); numb--; outfile.close(); } } void Tree_printing(HuffmanTree HT,int num) { HuffmanTree p; p=HT+2*num-1; //p=HT+26 cout<<"下面打印赫夫曼树"<<endl; coprint(p,HT); //p=HT+26 cout<<"打印工作结束"<<endl; } //*************主函数************************** int main() { char choice; do{ cout<<"************哈弗曼编/译码器系统***************"<<endl; cout<<"请选择您所需功能:"<<endl; cout<<":初始化哈弗曼树"<<endl; cout<<":输入待编码字符串"<<endl; cout<<":利用已建好的哈夫曼树进行编码"<<endl; cout<<":利用已建好的哈夫曼树进行译码"<<endl; cout<<":打印代码文件"<<endl; cout<<":打印哈夫曼树"<<endl; cout<<":退出"<<endl; if(flag==0) { cout<<"请先初始化哈夫曼树,输入I"<<endl; cout<<""<>choice; switch(choice) { case 'I':Initialization();break; case 'W':Input();break; case 'E':Encoding();break; case 'D':Decoding();break; case 'P':Code_printing();break; case 'T':Tree_printing(HT,n);break; case 'Q':;break; default:cout<<"输入的命令出错,请重新输入!"<<endl; } }while(choice!='Q'); free(w); free(info); free(HT); free(HC); system("pause"); return 0; }
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值