哈夫曼编码 :设需要编码的字符集为{d1, d2, ..., dn},它们出现的频率为{w1, w2, ..., wn},应用哈夫曼树构造最短的不等长编码方案。使用C语言设计贪心算法求解此哈夫曼编码方案;并分析该代码的时间复杂度

时间: 2024-02-18 13:03:19 浏览: 101
以下是使用C语言设计贪心算法求解哈夫曼编码方案的代码的时间复杂度分析: 1. 创建优先队列时,需要遍历一遍权值数组,时间复杂度为O(n)。 2. 插入n个节点到优先队列时,每个节点都需要插入到正确的位置,最坏情况下需要遍历整个队列,时间复杂度为O(nlogn)。 3. 构造哈夫曼树时,需要将队列中的节点两两取出来组合成新的节点,然后插入到队列中,最终得到哈夫曼树的根节点。每个节点都会被处理一次,因此时间复杂度为O(nlogn)。 4. 生成哈夫曼编码表时,需要遍历整棵哈夫曼树,每个节点都会被处理一次,因此时间复杂度为O(n)。 综上所述,该算法的时间复杂度为O(nlogn)。 以下是完整的使用C语言设计贪心算法求解哈夫曼编码方案的代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> struct huffman_node { char ch; // 字符 int weight; // 权值 struct huffman_node *left, *right; // 左右子节点指针 }; struct priority_queue { int size; // 队列大小 struct huffman_node **data; // 数据指针数组 int (*compare)(struct huffman_node*, struct huffman_node*); // 比较函数指针 }; struct huffman_table { char ch; // 字符 char *code; // 编码字符串 }; // 创建优先队列 struct priority_queue* create_priority_queue(int capacity, int (*compare)(struct huffman_node*, struct huffman_node*)) { struct priority_queue *q = (struct priority_queue*)malloc(sizeof(struct priority_queue)); q->size = 0; q->data = (struct huffman_node**)malloc(capacity * sizeof(struct huffman_node*)); q->compare = compare; return q; } // 销毁优先队列 void destroy_priority_queue(struct priority_queue *q) { free(q->data); free(q); } // 插入节点到优先队列 void insert(struct priority_queue *q, struct huffman_node *node) { q->data[q->size++] = node; int i = q->size - 1; while (i > 0) { int p = (i - 1) / 2; if (q->compare(q->data[i], q->data[p]) < 0) { struct huffman_node *tmp = q->data[i]; q->data[i] = q->data[p]; q->data[p] = tmp; } else { break; } i = p; } } // 弹出优先队列中的最小节点 struct huffman_node* pop(struct priority_queue *q) { struct huffman_node *min_node = q->data[0]; q->data[0] = q->data[--q->size]; int i = 0; while (i * 2 + 1 < q->size) { int left = i * 2 + 1; int right = i * 2 + 2; int min = left; if (right < q->size && q->compare(q->data[right], q->data[left]) < 0) { min = right; } if (q->compare(q->data[min], q->data[i]) < 0) { struct huffman_node *tmp = q->data[i]; q->data[i] = q->data[min]; q->data[min] = tmp; i = min; } else { break; } } return min_node; } // 比较函数,用于优先队列中节点的比较 int compare(struct huffman_node *a, struct huffman_node *b) { return a->weight - b->weight; } // 创建哈夫曼树 struct huffman_node* create_huffman_tree(int *weights, int n) { // 初始化优先队列 struct priority_queue *q = create_priority_queue(n, compare); for (int i = 0; i < n; i++) { struct huffman_node *node = (struct huffman_node*)malloc(sizeof(struct huffman_node)); node->ch = i + 'a'; node->weight = weights[i]; node->left = node->right = NULL; insert(q, node); } // 构造哈夫曼树 while (q->size > 1) { struct huffman_node *node1 = pop(q); struct huffman_node *node2 = pop(q); struct huffman_node *parent = (struct huffman_node*)malloc(sizeof(struct huffman_node)); parent->ch = 0; parent->weight = node1->weight + node2->weight; parent->left = node1; parent->right = node2; insert(q, parent); } // 返回根节点 struct huffman_node *root = pop(q); destroy_priority_queue(q); return root; } // 递归函数,生成哈夫曼编码表 void generate_huffman_table(struct huffman_table *table, struct huffman_node *node, char *code, int depth) { if (node->left == NULL && node->right == NULL) { table[node->ch - 'a'].ch = node->ch; table[node->ch - 'a'].code = (char*)malloc((depth + 1) * sizeof(char)); strcpy(table[node->ch - 'a'].code, code); } else { code[depth] = '0'; code[depth + 1] = '\0'; generate_huffman_table(table, node->left, code, depth + 1); code[depth] = '1'; generate_huffman_table(table, node->right, code, depth + 1); } } // 打印哈夫曼编码表 void print_huffman_table(struct huffman_table *table, int n) { printf("Character\tCode\n"); for (int i = 0; i < n; i++) { printf("%c\t\t%s\n", table[i].ch, table[i].code); } } int main() { int weights[] = {5, 2, 4, 7, 1, 3}; int n = sizeof(weights) / sizeof(weights[0]); struct huffman_node *root = create_huffman_tree(weights, n); struct huffman_table table[26]; for (int i = 0; i < 26; i++) { table[i].ch = 0; table[i].code = NULL; } char code[100]; code[0] = '\0'; generate_huffman_table(table, root, code, 0); print_huffman_table(table, 26); return 0; } ```
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