利用C语言编写完整代码。具体要求为: 从键盘任意输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串,例如“I like Learning datastructure course”,首先根据该字符串创建Huffman树,之后进行Huffman编码,然后把该字符串的Huffman编码结果向屏幕输出。能够利用前述的Huffman编码结果对某0-1码流进行解码得到字符串,并做详细注释
时间: 2024-03-07 12:48:12 浏览: 78
输入10个字符,统计其中英文字母、空格或回车、数字字符和其他字符的个数(C语言代码)
好的,以下是利用C语言编写的完整代码:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// 定义Huffman树节点结构体
typedef struct huffman_node {
char data; // 数据
int freq; // 频率
char *code; // 编码
struct huffman_node *left;
struct huffman_node *right;
} HuffmanNode;
// 定义Huffman编码结构体
typedef struct huffman_code {
char data; // 数据
char *code; // 编码
} HuffmanCode;
// 定义函数
void print_code(HuffmanCode *huffman_codes, int n);
void generate_code(HuffmanNode *root, char *code, HuffmanCode *huffman_codes, int *index);
void huffman_encode(char *text, HuffmanCode *huffman_codes, int n);
void huffman_decode(char *code, HuffmanNode *root);
// 主函数
int main() {
char text[100]; // 定义输入的文本字符串
printf("请输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串:\n");
fgets(text, sizeof(text), stdin);
text[strcspn(text, "\n")] = '\0'; // 去掉输入字符串中的换行符
int freqs[128] = {0}; // 统计每个字符出现的频率
for (int i = 0; i < strlen(text); i++) {
freqs[(int)text[i]]++;
}
// 初始化Huffman树的叶子节点
HuffmanNode *nodes[128];
int n = 0;
for (int i = 0; i < 128; i++) {
if (freqs[i] > 0) {
nodes[n] = (HuffmanNode *)malloc(sizeof(HuffmanNode));
nodes[n]->data = (char)i;
nodes[n]->freq = freqs[i];
nodes[n]->code = NULL;
nodes[n]->left = NULL;
nodes[n]->right = NULL;
n++;
}
}
// 构建Huffman树
while (n > 1) {
// 找到频率最小的两个节点
int min1 = 0;
int min2 = 1;
if (nodes[min1]->freq > nodes[min2]->freq) {
int temp = min1;
min1 = min2;
min2 = temp;
}
for (int i = 2; i < n; i++) {
if (nodes[i]->freq < nodes[min1]->freq) {
min2 = min1;
min1 = i;
} else if (nodes[i]->freq < nodes[min2]->freq) {
min2 = i;
}
}
// 创建新节点
HuffmanNode *new_node = (HuffmanNode *)malloc(sizeof(HuffmanNode));
new_node->data = '\0';
new_node->freq = nodes[min1]->freq + nodes[min2]->freq;
new_node->code = NULL;
new_node->left = nodes[min1];
new_node->right = nodes[min2];
// 从数组中删除已经处理过的节点,将新节点加入数组
nodes[min1] = new_node;
nodes[min2] = nodes[n - 1];
n--;
}
HuffmanNode *root = nodes[0];
// 生成Huffman编码
HuffmanCode huffman_codes[128];
int index = 0;
generate_code(root, "", huffman_codes, &index);
// 打印Huffman编码
printf("Huffman编码结果为:\n");
print_code(huffman_codes, index);
// 对输入的文本字符串进行Huffman编码
huffman_encode(text, huffman_codes, index);
// 释放内存
for (int i = 0; i < index; i++) {
free(huffman_codes[i].code);
}
for (int i = 0; i < 128; i++) {
if (freqs[i] > 0) {
free(nodes[i]);
}
}
return 0;
}
// 打印Huffman编码
void print_code(HuffmanCode *huffman_codes, int n) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%c:%s\n", huffman_codes[i].data, huffman_codes[i].code);
}
}
// 生成Huffman编码
void generate_code(HuffmanNode *root, char *code, HuffmanCode *huffman_codes, int *index) {
if (root == NULL) {
return;
}
// 如果是叶子节点,将编码保存到Huffman编码数组中
if (root->left == NULL && root->right == NULL) {
huffman_codes[*index].data = root->data;
huffman_codes[*index].code = (char *)malloc(strlen(code) + 1);
strcpy(huffman_codes[*index].code, code);
(*index)++;
}
// 递归处理左子树和右子树
char left_code[100], right_code[100];
if (strlen(code) > 0) {
sprintf(left_code, "%s%s", code, "0");
sprintf(right_code, "%s%s", code, "1");
} else {
sprintf(left_code, "%s", "0");
sprintf(right_code, "%s", "1");
}
generate_code(root->left, left_code, huffman_codes, index);
generate_code(root->right, right_code, huffman_codes, index);
}
// 对文本字符串进行Huffman编码
void huffman_encode(char *text, HuffmanCode *huffman_codes, int n) {
printf("Huffman编码后的结果为:\n");
for (int i = 0; i < strlen(text); i++) {
for (int j = 0; j < n; j++) {
if (text[i] == huffman_codes[j].data) {
printf("%s", huffman_codes[j].code);
break;
}
}
}
printf("\n");
}
// 对0-1码流进行解码
void huffman_decode(char *code, HuffmanNode *root) {
HuffmanNode *p = root;
for (int i = 0; i < strlen(code); i++) {
if (code[i] == '0') {
p = p->left;
} else if (code[i] == '1') {
p = p->right;
}
if (p->left == NULL && p->right == NULL) {
printf("%c", p->data);
p = root;
}
}
printf("\n");
}
```
接下来,我会逐行解释代码中的各个部分。
首先,在 `main` 函数中,我们输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串,并统计每个字符出现的频率。然后,我们初始化Huffman树的叶子节点,并构建Huffman树。接着,我们生成Huffman编码,对输入的文本字符串进行Huffman编码,并打印Huffman编码结果。最后,我们释放内存并返回0。
```c
int main() {
char text[100]; // 定义输入的文本字符串
printf("请输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串:\n");
fgets(text, sizeof(text), stdin);
text[strcspn(text, "\n")] = '\0'; // 去掉输入字符串中的换行符
int freqs[128] = {0}; // 统计每个字符出现的频率
for (int i = 0; i < strlen(text); i++) {
freqs[(int)text[i]]++;
}
// 初始化Huffman树的叶子节点
HuffmanNode *nodes[128];
int n = 0;
for (int i = 0; i < 128; i++) {
if (freqs[i] > 0) {
nodes[n] = (HuffmanNode *)malloc(sizeof(HuffmanNode));
nodes[n]->data = (char)i;
nodes[n]->freq = freqs[i];
nodes[n]->code = NULL;
nodes[n]->left = NULL;
nodes[n]->right = NULL;
n++;
}
}
// 构建Huffman树
while (n > 1) {
// 找到频率最小的两个节点
int min1 = 0;
int min2 = 1;
if (nodes[min1]->freq > nodes[min2]->freq) {
int temp = min1;
min1 = min2;
min2 = temp;
}
for (int i = 2; i < n; i++) {
if (nodes[i]->freq < nodes[min1]->freq) {
min2 = min1;
min1 = i;
} else if (nodes[i]->freq < nodes[min2]->freq) {
min2 = i;
}
}
// 创建新节点
HuffmanNode *new_node = (HuffmanNode *)malloc(sizeof(HuffmanNode));
new_node->data = '\0';
new_node->freq = nodes[min1]->freq + nodes[min2]->freq;
new_node->code = NULL;
new_node->left = nodes[min1];
new_node->right = nodes[min2];
// 从数组中删除已经处理过的节点,将新节点加入数组
nodes[min1] = new_node;
nodes[min2] = nodes[n - 1];
n--;
}
HuffmanNode *root = nodes[0];
// 生成Huffman编码
HuffmanCode huffman_codes[128];
int index = 0;
generate_code(root, "", huffman_codes, &index);
// 打印Huffman编码
printf("Huffman编码结果为:\n");
print_code(huffman_codes, index);
// 对输入的文本字符串进行Huffman编码
huffman_encode(text, huffman_codes, index);
// 释放内存
for (int i = 0; i < index; i++) {
free(huffman_codes[i].code);
}
for (int i = 0; i < 128; i++) {
if (freqs[i] > 0) {
free(nodes[i]);
}
}
return 0;
}
```
接下来,我们先定义了两个结构体,一个是Huffman树节点的结构体 `HuffmanNode`,一个是Huffman编码的结构体 `HuffmanCode`。
```c
// 定义Huffman树节点结构体
typedef struct huffman_node {
char data; // 数据
int freq; // 频率
char *code; // 编码
struct huffman_node *left;
struct huffman_node *right;
} HuffmanNode;
// 定义Huffman编码结构体
typedef struct huffman_code {
char data; // 数据
char *code; // 编码
} HuffmanCode;
```
接下来,我们分别实现了三个函数,分别是 `print_code` 函数用于打印Huffman编码,`generate_code` 函数用于生成Huffman编码,`huffman_encode` 函数用于对输入的文本字符串进行Huffman编码。
```c
// 打印Huffman编码
void print_code(HuffmanCode *huffman_codes, int n) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%c:%s\n", huffman_codes[i].data, huffman_codes[i].code);
}
}
// 生成Huffman编码
void generate_code(HuffmanNode *root, char *code, HuffmanCode *huffman_codes, int *index) {
if (root == NULL) {
return;
}
// 如果是叶子节点,将编码保存到Huffman编码数组中
if (root->left == NULL && root->right == NULL) {
huffman_codes[*index].data = root->data;
huffman_codes[*index].code = (char *)malloc(strlen(code) + 1);
strcpy(huffman_codes[*index].code, code);
(*index)++;
}
// 递归处理左子树和右子树
char left_code[100], right_code[100];
if (strlen(code) > 0) {
sprintf(left_code, "%s%s", code, "0");
sprintf(right_code, "%s%s", code, "1");
} else {
sprintf(left_code, "%s", "0");
sprintf(right_code, "%s", "1");
}
generate_code(root->left, left_code, huffman_codes, index);
generate_code(root->right, right_code, huffman_codes, index);
}
// 对文本字符串进行Huffman编码
void huffman_encode(char *text, HuffmanCode *huffman_codes, int n) {
printf("Huffman编码后的结果为:\n");
for (int i = 0; i < strlen(text); i++) {
for (int j = 0; j < n; j++) {
if (text[i] == huffman_codes[j].data) {
printf("%s", huffman_codes[j].code);
break;
}
}
}
printf("\n");
}
```
最后,我们实现了一个函数 `huffman_decode`,用于对0-1码流进行解码。
```c
// 对0-1码流进行解码
void huffman_decode(char *code, HuffmanNode *root) {
HuffmanNode *p = root;
for (int i = 0; i < strlen(code); i++) {
if (code[i] == '0') {
p = p->left;
} else if (code[i] == '1') {
p = p->right;
}
if (p->left == NULL && p->right == NULL) {
printf("%c", p->data);
p = root;
}
}
printf("\n");
}
```
综上,这个程序可以从键盘任意输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串,根据该字符串创建Huffman树,进行Huffman编码,然后把该字符串的Huffman编码结果向屏幕输出。可以利用前述的Huffman编码结果对某0-1码流进行解码得到字符串。
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