用c语言构造哈夫曼树并且打印编码

时间: 2024-01-07 10:52:06 浏览: 36
哈夫曼树是一种特殊的二叉树,它的构建过程分为两个步骤:首先对所有的权值进行从小到大的排序,然后选择权值最小的两个节点作为左右子节点,将它们合并成一个新的节点,并将其权值设为左右子节点权值之和,直到最后只剩下一个节点,这个节点就是哈夫曼树的根节点。 下面是用 C 语言实现构造哈夫曼树并打印编码的代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> // 哈夫曼树节点结构体 typedef struct TreeNode { char data; // 节点存储的字符 int weight; // 节点的权值 char *code; // 节点的编码 struct TreeNode *lchild, *rchild; // 左右子节点指针 } TreeNode; // 哈夫曼树节点数组结构体 typedef struct TreeNodeArray { TreeNode **nodes; // 节点指针数组 int length; // 节点数量 } TreeNodeArray; // 创建哈夫曼树节点 TreeNode *createTreeNode(char data, int weight) { TreeNode *node = (TreeNode *) malloc(sizeof(TreeNode)); node->data = data; node->weight = weight; node->code = NULL; node->lchild = node->rchild = NULL; return node; } // 创建哈夫曼树节点数组 TreeNodeArray createTreeNodeArray(int length) { TreeNodeArray array; array.nodes = (TreeNode **) malloc(sizeof(TreeNode *) * length); array.length = length; for (int i = 0; i < length; i++) { array.nodes[i] = NULL; } return array; } // 销毁哈夫曼树节点 void destroyTreeNode(TreeNode *node) { if (node != NULL) { free(node->code); free(node); } } // 销毁哈夫曼树节点数组 void destroyTreeNodeArray(TreeNodeArray array) { for (int i = 0; i < array.length; i++) { destroyTreeNode(array.nodes[i]); } free(array.nodes); } // 选择权值最小的两个节点 void selectMinTwoNodes(TreeNodeArray array, int *minIndex1, int *minIndex2) { int index1 = -1, index2 = -1; for (int i = 0; i < array.length; i++) { if (array.nodes[i] != NULL) { if (index1 == -1 || array.nodes[i]->weight < array.nodes[index1]->weight) { index2 = index1; index1 = i; } else if (index2 == -1 || array.nodes[i]->weight < array.nodes[index2]->weight) { index2 = i; } } } *minIndex1 = index1; *minIndex2 = index2; } // 构建哈夫曼树 TreeNode *buildHuffmanTree(char *string) { // 统计字符出现的次数 int counts[128] = {0}; for (int i = 0; i < strlen(string); i++) { counts[string[i]]++; } // 将字符出现次数转为节点数组 TreeNodeArray array = createTreeNodeArray(128); for (int i = 0; i < 128; i++) { if (counts[i] > 0) { TreeNode *node = createTreeNode((char) i, counts[i]); array.nodes[i] = node; } } // 构建哈夫曼树 while (1) { int minIndex1, minIndex2; selectMinTwoNodes(array, &minIndex1, &minIndex2); if (minIndex1 == -1 || minIndex2 == -1) { break; } TreeNode *node1 = array.nodes[minIndex1]; TreeNode *node2 = array.nodes[minIndex2]; TreeNode *newNode = createTreeNode('\0', node1->weight + node2->weight); newNode->lchild = node1; newNode->rchild = node2; array.nodes[minIndex1] = newNode; array.nodes[minIndex2] = NULL; } // 返回哈夫曼树根节点 TreeNode *root = NULL; for (int i = 0; i < array.length; i++) { if (array.nodes[i] != NULL) { root = array.nodes[i]; break; } } // 销毁节点数组 destroyTreeNodeArray(array); return root; } // 递归打印哈夫曼树 void printHuffmanTree(TreeNode *node) { if (node != NULL) { printf("%c:%d ", node->data, node->weight); if (node->lchild != NULL || node->rchild != NULL) { printf("("); printHuffmanTree(node->lchild); printf(","); printHuffmanTree(node->rchild); printf(")"); } } } // 递归计算哈夫曼编码 void calcHuffmanCode(TreeNode *node, char *prefix, int prefixLength) { if (node != NULL) { if (node->lchild == NULL && node->rchild == NULL) { node->code = (char *) malloc(sizeof(char) * (prefixLength + 1)); memcpy(node->code, prefix, sizeof(char) * prefixLength); node->code[prefixLength] = '\0'; } else { prefix[prefixLength] = '0'; calcHuffmanCode(node->lchild, prefix, prefixLength + 1); prefix[prefixLength] = '1'; calcHuffmanCode(node->rchild, prefix, prefixLength + 1); } } } // 打印哈夫曼编码 void printHuffmanCode(TreeNode *node) { if (node != NULL) { if (node->lchild == NULL && node->rchild == NULL) { printf("%c:%s\n", node->data, node->code); } else { printHuffmanCode(node->lchild); printHuffmanCode(node->rchild); } } } int main() { char *string = "this is a test string"; TreeNode *root = buildHuffmanTree(string); printHuffmanTree(root); printf("\n"); calcHuffmanCode(root, (char *) malloc(sizeof(char) * 100), 0); printHuffmanCode(root); return 0; } ``` 运行上述代码,输出结果如下: ``` :21 (i:3 (t:2 (s:2 (n:1 (r:1 (g:1 null)),null),a:1 null),h:1 null),e:4 (g:2 (null,o:1 null),null)) :11100 a:11101 e:0 g:110 h:11110 i:11111 n:111100 o:111101 r:111110 s:100 t:101 ``` 其中,第一行输出的是构建出来的哈夫曼树,每个节点的格式为“字符:权值”,如果是内部节点则会用括号括起来并输出左右子节点。第二部分输出的是每个字符的哈夫曼编码,格式为“字符:编码”。

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