利用C语言编写一个完整代码。具体要求为:从键盘任意输入一个带空格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,并作出详细注释

时间: 2024-03-07 22:47:10 浏览: 14
好的,下面是符合要求的完整C代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_CHAR 256 //定义Huffman树的节点结构体 struct huff_node { char data; unsigned freq; struct huff_node *left, *right; }; //定义Huffman编码表的结构体 struct huff_code { char data; char *code; }; //定义Huffman树的优先队列结构体 struct priority_queue { unsigned size; unsigned capacity; struct huff_node **nodes; }; //创建Huffman树的节点 struct huff_node *create_node(char data, unsigned freq) { struct huff_node *node = (struct huff_node *) malloc(sizeof(struct huff_node)); node->data = data; node->freq = freq; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } //创建Huffman树的优先队列 struct priority_queue *create_queue(unsigned capacity) { struct priority_queue *queue = (struct priority_queue *) malloc(sizeof(struct priority_queue)); queue->size = 0; queue->capacity = capacity; queue->nodes = (struct huff_node **) malloc(queue->capacity * sizeof(struct huff_node *)); return queue; } //交换两个节点的位置 void swap_nodes(struct huff_node **a, struct huff_node **b) { struct huff_node *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } //调整优先队列,使得队列中的节点按频率从小到大排列 void min_heapify(struct priority_queue *queue, int index) { int smallest = index; int left = 2 * index + 1; int right = 2 * index + 2; if (left < queue->size && queue->nodes[left]->freq < queue->nodes[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < queue->size && queue->nodes[right]->freq < queue->nodes[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != index) { swap_nodes(&queue->nodes[index], &queue->nodes[smallest]); min_heapify(queue, smallest); } } //检查优先队列是否为空 int is_empty(struct priority_queue *queue) { return queue->size == 0; } //取出优先队列中频率最小的节点 struct huff_node *extract_min(struct priority_queue *queue) { struct huff_node *node = queue->nodes[0]; queue->nodes[0] = queue->nodes[queue->size - 1]; queue->size--; min_heapify(queue, 0); return node; } //插入新节点到优先队列中 void insert_node(struct priority_queue *queue, struct huff_node *node) { queue->size++; int i = queue->size - 1; while (i && node->freq < queue->nodes[(i - 1) / 2]->freq) { queue->nodes[i] = queue->nodes[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } queue->nodes[i] = node; } //检查节点是否是叶子节点 int is_leaf(struct huff_node *node) { return !(node->left) && !(node->right); } //构建Huffman树 struct huff_node *build_tree(char *text) { int freq[MAX_CHAR] = {0}; int len = strlen(text); for (int i = 0; i < len; i++) { freq[(int) text[i]]++; } struct priority_queue *queue = create_queue(MAX_CHAR); for (int i = 0; i < MAX_CHAR; i++) { if (freq[i]) { insert_node(queue, create_node((char) i, freq[i])); } } while (queue->size > 1) { struct huff_node *left = extract_min(queue); struct huff_node *right = extract_min(queue); struct huff_node *parent = create_node('$', left->freq + right->freq); parent->left = left; parent->right = right; insert_node(queue, parent); } return extract_min(queue); } //从根节点开始,对Huffman树进行深度优先遍历,同时记录每个叶子节点的编码 void traverse_tree(struct huff_node *root, char *code, int depth, struct huff_code *codes) { if (root->left) { code[depth] = '0'; traverse_tree(root->left, code, depth + 1, codes); } if (root->right) { code[depth] = '1'; traverse_tree(root->right, code, depth + 1, codes); } if (is_leaf(root)) { codes[(int) root->data].data = root->data; codes[(int) root->data].code = (char *) malloc((depth + 1) * sizeof(char)); strncpy(codes[(int) root->data].code, code, depth); codes[(int) root->data].code[depth] = '\0'; } } //编码输入的字符串 char *encode_text(char *text, struct huff_code *codes) { int len = strlen(text); char *encoded = (char *) malloc((len + 1) * sizeof(char)); encoded[0] = '\0'; for (int i = 0; i < len; i++) { strcat(encoded, codes[(int) text[i]].code); } return encoded; } //解码0-1编码流 char *decode_text(char *encoded, struct huff_node *root) { char *decoded = (char *) malloc((strlen(encoded) + 1) * sizeof(char)); int i = 0, j = 0; while (encoded[i] != '\0') { struct huff_node *current = root; while (!is_leaf(current)) { if (encoded[i] == '0') { current = current->left; } else if (encoded[i] == '1') { current = current->right; } i++; } decoded[j++] = current->data; } decoded[j] = '\0'; return decoded; } int main() { char text[MAX_CHAR]; printf("请输入一个字符串:\n"); fgets(text, MAX_CHAR, stdin); text[strcspn(text, "\n")] = '\0'; struct huff_node *root = build_tree(text); char code[MAX_CHAR]; struct huff_code codes[MAX_CHAR] = {0}; traverse_tree(root, code, 0, codes); printf("Huffman编码结果为:\n"); char *encoded = encode_text(text, codes); printf("%s\n", encoded); printf("解码结果为:\n"); char *decoded = decode_text(encoded, root); printf("%s\n", decoded); return 0; } ``` 代码的注释比较详细,主要是分为几个部分: 1. 定义Huffman树的节点结构体、Huffman编码表的结构体和Huffman树的优先队列结构体; 2. 创建Huffman树的节点、创建Huffman树的优先队列、交换两个节点的位置、调整优先队列、检查优先队列是否为空、取出优先队列中频率最小的节点、插入新节点到优先队列中、检查节点是否是叶子节点等几个函数; 3. 构建Huffman树的函数,该函数首先统计输入字符串中每个字符出现的频率,然后将频率大于0的字符构成Huffman树的叶子节点,并插入优先队列中,最后通过不断取出队列中频率最小的两个节点,合并成一个新节点,然后插入队列中,直到队列中只剩下一个节点,该节点就是Huffman树的根节点; 4. 对Huffman树进行深度优先遍历,同时记录每个叶子节点的编码的函数; 5. 编码输入的字符串的函数,该函数根据输入的字符串和Huffman编码表,将每个字符编码成0-1编码流; 6. 解码0-1编码流的函数,该函数从Huffman树的根节点开始,对输入的0-1编码流进行遍历,直到遇到叶子节点,然后将该节点的字符加入解码结果中; 7. 主函数,该函数读入输入的字符串,然后构建Huffman树并对输入的字符串进行编码和解码,并将结果输出到屏幕上。 希望能够帮助你完成作业。

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