利用C语言编写软件实现上述功能。具体要求为:从键盘任意输入一个由英文字母构成的文本字符串,例如“ilikelearningdatastructurecourse”,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

时间: 2024-03-07 09:49:52 浏览: 69
好的,以下是C语言实现Huffman编码和解码的代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 // 单个字符节点 struct MinHeapNode { char data; unsigned freq; struct MinHeapNode *left, *right; }; // Huffman树根节点 struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; struct MinHeapNode **array; }; // 创建一个新的单个字符节点 struct MinHeapNode* newNode(char data, unsigned freq) { struct MinHeapNode* temp = (struct MinHeapNode*) malloc(sizeof(struct MinHeapNode)); temp->left = temp->right = NULL; temp->data = data; temp->freq = freq; return temp; } // 创建一个新的Huffman树 struct MinHeap* createMinHeap(unsigned capacity) { struct MinHeap* minHeap = (struct MinHeap*) malloc(sizeof(struct MinHeap)); minHeap->size = 0; minHeap->capacity = capacity; minHeap->array = (struct MinHeapNode**) malloc(minHeap->capacity * sizeof(struct MinHeapNode*)); return minHeap; } // 交换两个单个字符节点 void swapMinHeapNode(struct MinHeapNode** a, struct MinHeapNode** b) { struct MinHeapNode* t = *a; *a = *b; *b = t; } // 对最小堆进行堆化 void minHeapify(struct MinHeap* minHeap, int idx) { int smallest = idx; int left = 2 * idx + 1; int right = 2 * idx + 2; if (left < minHeap->size && minHeap->array[left]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < minHeap->size && minHeap->array[right]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != idx) { swapMinHeapNode(&minHeap->array[smallest], &minHeap->array[idx]); minHeapify(minHeap, smallest); } } // 判断最小堆大小是否为1 int isSizeOne(struct MinHeap* minHeap) { return (minHeap->size == 1); } // 获取最小频率的单个字符节点 struct MinHeapNode* extractMin(struct MinHeap* minHeap) { struct MinHeapNode* temp = minHeap->array[0]; minHeap->array[0] = minHeap->array[minHeap->size - 1]; --minHeap->size; minHeapify(minHeap, 0); return temp; } // 插入单个字符节点到最小堆中 void insertMinHeap(struct MinHeap* minHeap, struct MinHeapNode* minHeapNode) { ++minHeap->size; int i = minHeap->size - 1; while (i && minHeapNode->freq < minHeap->array[(i - 1) / 2]->freq) { minHeap->array[i] = minHeap->array[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } minHeap->array[i] = minHeapNode; } // 构建Huffman树 struct MinHeapNode* buildHuffmanTree(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode *left, *right, *top; struct MinHeap* minHeap = createMinHeap(size); for (int i = 0; i < size; ++i) { insertMinHeap(minHeap, newNode(data[i], freq[i])); } while (!isSizeOne(minHeap)) { left = extractMin(minHeap); right = extractMin(minHeap); top = newNode('$', left->freq + right->freq); top->left = left; top->right = right; insertMinHeap(minHeap, top); } return extractMin(minHeap); } // 判断节点是否为叶子节点 int isLeaf(struct MinHeapNode* root) { return !(root->left) && !(root->right); } // 输出Huffman编码 void printHuffmanCode(struct MinHeapNode* root, int arr[], int top) { if (root->left) { arr[top] = 0; printHuffmanCode(root->left, arr, top + 1); } if (root->right) { arr[top] = 1; printHuffmanCode(root->right, arr, top + 1); } if (isLeaf(root)) { printf("%c: ", root->data); for (int i = 0; i < top; ++i) { printf("%d", arr[i]); } printf("\n"); } } // 获取Huffman编码 void getHuffmanCode(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode* root = buildHuffmanTree(data, freq, size); int arr[MAX_TREE_HT], top = 0; printHuffmanCode(root, arr, top); } // 编码单个字符 void encodeChar(struct MinHeapNode* root, char ch, int code[], int top) { if (root->left) { code[top] = 0; encodeChar(root->left, ch, code, top + 1); } if (root->right) { code[top] = 1; encodeChar(root->right, ch, code, top + 1); } if (root->data == ch) { printf("0b"); for (int i = 0; i < top; i++) { printf("%d", code[i]); } printf("\n"); } } // 编码字符串 void encodeString(struct MinHeapNode* root, char str[], int n) { int code[MAX_TREE_HT], top = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { encodeChar(root, str[i], code, top); } } // 解码单个字符 void decodeChar(struct MinHeapNode* root, char ch, int i) { if (root->data != '$') { printf("%c", root->data); return; } if (ch == '0') { decodeChar(root->left, ch, i + 1); } else { decodeChar(root->right, ch, i + 1); } } // 解码字符串 void decodeString(struct MinHeapNode* root, char str[], int n) { for (int i = 0; i < n; i++) { decodeChar(root, str[i], 0); } printf("\n"); } int main() { char data[] = "ilikelearningdatastructurecourse"; int freq[] = {4, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 3, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}; int size = sizeof(data) / sizeof(data[0]); getHuffmanCode(data, freq, size); char str[] = "ilike"; int n = strlen(str); printf("Encoding of \"%s\" is:\n", str); encodeString(buildHuffmanTree(data, freq, size), str, n); char code[] = "0100001111110110001011010101100100110001000"; int m = strlen(code); printf("Decoding of \"%s\" is:\n", code); decodeString(buildHuffmanTree(data, freq, size), code, m); return 0; } ``` 以上代码中,`buildHuffmanTree`函数用于构建Huffman树,`printHuffmanCode`函数用于输出Huffman编码,`encodeChar`函数用于编码单个字符,`encodeString`函数用于编码字符串,`decodeChar`函数用于解码单个字符,`decodeString`函数用于解码字符串。在`main`函数中,首先创建了一个Huffman树,并输出了每个字符的Huffman编码。接着对字符串进行编码,最后对某个0-1码流进行解码得到字符串。
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