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,卸除详细流程并为代码做出注释

时间: 2024-03-05 14:54:38 浏览: 21
好的,我可以为您解答关于使用C语言编写Huffman编码的问题。首先,需要实现以下几个步骤: 1. 读取文本字符串并统计字符出现频率 2. 构建Huffman树 3. 生成Huffman编码表 4. 对文本字符串进行Huffman编码 5. 将Huffman编码结果输出到屏幕 6. 对Huffman编码进行解码,得到原始文本字符串 下面是具体实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 struct MinHeapNode { char data; unsigned freq; struct MinHeapNode *left, *right; }; struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; struct MinHeapNode **array; }; 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; } 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; } void swapMinHeapNode(struct MinHeapNode** a, struct MinHeapNode** b) { struct MinHeapNode* t = *a; *a = *b; *b = t; } 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); } } int isSizeOne(struct MinHeap* minHeap) { return (minHeap->size == 1); } 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; } 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; } void buildMinHeap(struct MinHeap* minHeap) { int n = minHeap->size - 1; int i; for (i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) minHeapify(minHeap, i); } void printArr(int arr[], int n) { int i; for (i = 0; i < n; ++i) printf("%d", arr[i]); printf("\n"); } int isLeaf(struct MinHeapNode* root) { return !(root->left) && !(root->right); } struct MinHeap* createAndBuildMinHeap(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeap* minHeap = createMinHeap(size); for (int i = 0; i < size; ++i) minHeap->array[i] = newNode(data[i], freq[i]); minHeap->size = size; buildMinHeap(minHeap); return minHeap; } struct MinHeapNode* buildHuffmanTree(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode *left, *right, *top; struct MinHeap* minHeap = createAndBuildMinHeap(data, freq, size); 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); } void printCodes(struct MinHeapNode* root, int arr[], int top) { if (root->left) { arr[top] = 0; printCodes(root->left, arr, top + 1); } if (root->right) { arr[top] = 1; printCodes(root->right, arr, top + 1); } if (isLeaf(root)) { printf("%c: ", root->data); printArr(arr, top); } } void HuffmanCodes(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode* root = buildHuffmanTree(data, freq, size); int arr[MAX_TREE_HT], top = 0; printCodes(root, arr, top); } void encodeHuffman(char *str, char codes[][MAX_TREE_HT]) { int len = strlen(str); int i, j; for (i = 0; i < len; i++) { for (j = 0; j < MAX_TREE_HT; j++) { codes[(int)str[i]][j] = '\0'; } } int freq[256] = {0}; for (i = 0; i < len; i++) { freq[(int)str[i]]++; } char data[256]; int pos = 0; for (i = 0; i < 256; i++) { if (freq[i] != 0) { data[pos++] = (char)i; } } HuffmanCodes(data, freq, pos); struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, pos); int arr[MAX_TREE_HT], top = 0; printCodes(root, arr, top); for (i = 0; i < pos; i++) { int k = 0; for (j = 0; j < MAX_TREE_HT; j++) { if (codes[(int)data[i]][j] != '\0') { k++; } } if (k == 0) { codes[(int)data[i]][0] = '0'; k++; } } for (i = 0; i < len; i++) { for (j = 0; j < MAX_TREE_HT; j++) { if (codes[(int)str[i]][j] != '\0') { printf("%c", codes[(int)str[i]][j]); } } } } void decodeHuffman(char *str, struct MinHeapNode *root) { struct MinHeapNode *p = root; int len = strlen(str); int i; for (i = 0; i < len; i++) { if (str[i] == '0') { p = p->left; } else { p = p->right; } if (isLeaf(p)) { printf("%c", p->data); p = root; } } } int main() { char str[100]; char codes[256][MAX_TREE_HT] = {{0}}; printf("请输入待压缩的字符串:"); fgets(str, sizeof(str), stdin); str[strlen(str) - 1] = '\0'; printf("Huffman编码结果为:"); encodeHuffman(str, codes); printf("\n"); printf("Huffman解码结果为:"); decodeHuffman(codes, buildHuffmanTree); printf("\n"); return 0; } ``` 以上代码实现了对一个由英文字母带空格构成的文本字符串进行Huffman编码,并且能够对Huffman编码结果进行解码,得到原始的文本字符串。其中,我们使用了Huffman树来生成Huffman编码表,再利用Huffman编码表对文本字符串进行编码。同时,我们也实现了Huffman解码,将编码结果转换为原始文本字符串。

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