请用c语言编写以下代码:2. 哈夫曼编码 任务:根据电文中各字符出现的频率,建立哈夫曼树,并设计字符的哈夫曼编码。 功能要求: 1) 建立并输出哈夫曼树的存储结构; 2) 根据哈夫曼树,设计并输出对应字符的哈夫曼编码; 3) 将指定接收到的电文进行译码并输出。 界面要求:程序运行后,给出菜单项的内容和输入提示: 1. 建立哈夫曼树 2. 哈夫曼编码 3. 译码 0. 退出 请选择0-3:

时间: 2024-03-25 21:35:38 浏览: 186
以下是用C语言编写的哈夫曼编码程序: ``` #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 *node = (struct MinHeapNode *)malloc(sizeof(struct MinHeapNode)); node->left = node->right = NULL; node->data = data; node->freq = freq; return node; } 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 decodeHuffman(struct MinHeapNode *root, char *string) { struct MinHeapNode *curr = root; printf("Decoded string: "); for (int i = 0; i < strlen(string); ++i) { if (string[i] == '0') { curr = curr->left; } else { curr = curr->right; } if (isLeaf(curr)) { printf("%c", curr->data); curr = root; } } printf("\n"); } int main() { char data[100]; int freq[100]; int choice = -1; int size = 0; while (choice != 0) { printf("1. Build Huffman tree\n"); printf("2. Huffman encoding\n"); printf("3. Decoding\n"); printf("0. Exit\n"); printf("Please choose 0-3: "); scanf("%d", &choice); switch (choice) { case 1: { printf("Enter the number of characters: "); scanf("%d", &size); printf("Enter the characters and their frequencies:\n"); for (int i = 0; i < size; ++i) { scanf(" %c %d", &data[i], &freq[i]); } printf("Huffman tree:\n"); struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, size); printf("Data: %c, Freq: %d\n", root->data, root->freq); break; } case 2: { printf("Enter the number of characters: "); scanf("%d", &size); printf("Enter the characters and their frequencies:\n"); for (int i = 0; i < size; ++i) { scanf(" %c %d", &data[i], &freq[i]); } HuffmanCodes(data, freq, size); break; } case 3: { char string[100]; printf("Enter the encoded string: "); scanf("%s", string); printf("Enter the characters and their frequencies:\n"); for (int i = 0; i < size; ++i) { scanf(" %c %d", &data[i], &freq[i]); } struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, size); decodeHuffman(root, string); break; } case 0: { break; } default: { printf("Invalid choice\n"); break; } } } return 0; } ``` 这个程序可以实现建立哈夫曼树、哈夫曼编码、以及译码的功能。在程序运行后,会给出菜单项的内容和输入提示,让用户选择要进行的操作。用户可以输入字符和它们的频率来建立哈夫曼树,然后程序会输出哈夫曼树的存储结构。用户也可以输入字符和它们的频率来生成哈夫曼编码,然后程序会输出对应字符的哈夫曼编码。最后,用户可以输入一个经过编码的字符串,程序会根据哈夫曼树进行译码,并输出原始字符串。
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#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; }

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