matlab哈夫曼编码 c语言

时间: 2024-01-06 13:24:08 浏览: 32
以下是C语言和Matlab语言实现哈夫曼编码的示例: C语言实现: ```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); } int main() { char arr[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'}; int freq[] = {5, 9, 12, 13, 16, 45}; int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); HuffmanCodes(arr, freq, size); return 0; } ``` Matlab实现: ```matlab function [code, dict] = huffman(p) % HUFFMAN Create a variable-length code using the Huffman algorithm. % [CODE,DICT] = HUFFMAN(P) returns a Huffman code as a cell array of % strings and its corresponding dictionary as a containers.Map object. % % P is a vector of probabilities that correspond to the alphabet of % symbols to be encoded. The probabilities must sum to 1. % % CODE is a cell array of strings that represents the variable-length % code for each symbol in the alphabet. The order of the symbols in % CODE corresponds to the order of the probabilities in P. % % DICT is a containers.Map object that maps each symbol in the alphabet % to its corresponding variable-length code. % % Example: % p = [0.25 0.125 0.125 0.0625 0.0625 0.0625 0.0625 0.03125 0.03125 0.03125 0.03125 0.03125 0.03125 0.03125 0.03125]; % [code, dict] = huffman(p); % % See also HUFFMANDICT, HUFFMANENCODE, HUFFMANDECODE, CONTAINERS.MAP. % Check input arguments narginchk(1, 1); validateattributes(p, {'numeric'}, {'vector', 'nonnegative', '<=', 1, 'nonempty', 'real'}, mfilename, 'P', 1); % Create a dictionary that maps each symbol to its probability dict = containers.Map(1:numel(p), num2cell(p)); % Create a priority queue of tree nodes q = priorityQueue(); for i = 1:numel(p) q.insert(treeNode(i, p(i))); end % Build the Huffman tree while q.size() > 1 % Remove the two nodes with the lowest probabilities node1 = q.remove(); node2 = q.remove(); % Create a new node that is the parent of the two nodes parent = treeNode([node1.symbols node2.symbols], node1.probability + node2.probability); parent.left = node1; parent.right = node2; % Add the new node to the priority queue q.insert(parent); end % Traverse the tree to get the variable-length codes code = cell(size(p)); root = q.remove(); traverse(root, ''); % Nested functions function traverse(node, prefix) if ~isempty(node.symbols) % Leaf node code(node.symbols) = {prefix}; else % Non-leaf node traverse(node.left, [prefix '0']); traverse(node.right, [prefix '1']); end end end function q = priorityQueue() % PRIORITYQUEUE Create a priority queue. % Q = PRIORITYQUEUE() returns an empty priority queue. % % Example: % q = priorityQueue(); % q.insert(1); % q.insert(2); % q.insert(3); % q.remove() % Returns 1 % q.remove() % Returns 2 % q.remove() % Returns 3 % % See also HEAPQ. % Properties q.heap = {}; % Methods q.insert = @insert; q.remove = @remove; q.size = @size; % Nested functions function insert(item) % Insert an item into the priority queue q.heap{end+1} = item; heapq(q.heap, numel(q.heap), 'ascend'); end function item = remove() % Remove and return the item with the highest priority if isempty(q.heap) error('Priority queue is empty'); end item = q.heap{1}; q.heap(1) = []; if ~isempty(q.heap) heapq(q.heap, 1, 'descend'); end end function n = size() % Return the number of items in the priority queue n = numel(q.heap); end end function node = treeNode(symbols, probability) % TREENODE Create a tree node. % NODE = TREENODE(SYMBOLS,PROBABILITY) returns a tree node with the % specified symbols and probability. % % SYMBOLS is a vector of indices that correspond to the symbols in the % alphabet to be encoded. % % PROBABILITY is the probability of the node. % % Example: % node = treeNode([1 2], 0.25); % % See also HUFFMAN. % Properties node.symbols = symbols; node.probability = probability; node.left = []; node.right = []; end function heapq(heap, i, order) % HEAPQ Heapify a binary tree. % HEAPQ(HEAP,I,ORDER) heapifies the binary tree rooted at index I in % the specified order. ORDER can be 'ascend' or 'descend'. % % Example: % heap = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5}; % heapq(heap, 1, 'ascend'); % heap % Returns {1, 1, 2, 3, 3, 9, 4, 6, 5, 5, 5} % % See also HEAPPUSH, HEAPPUSHPOP, HEAPREPLACE. % Get the indices of the left and right children left = 2 * i; right = 2 * i + 1; % Find the index of the smallest or largest element if left <= numel(heap) && compare(heap{left}, heap{i}, order) smallest_or_largest = left; else smallest_or_largest = i; end if right <= numel(heap) && compare(heap{right}, heap{smallest_or_largest}, order) smallest_or_largest = right; end % Swap the current element with the smallest or largest element if smallest_or_largest ~= i temp = heap{i}; heap{i} = heap{smallest_or_largest}; heap{smallest_or_largest} = temp; heapq(heap, smallest_or_largest, order); end end function result = compare(a, b, order) % COMPARE Compare two elements. % RESULT = COMPARE(A,B,ORDER) compares the elements A and B in the % specified order. ORDER can be 'ascend' or 'descend'. % % Example: % compare(1, 2, 'ascend') % Returns true % compare(1, 2, 'descend') % Returns false % % See also HEAPQ. if strcmp(order, 'ascend') result = a < b; else result = a > b; end end ```

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