用c语言写一个关于哈夫曼树和哈夫曼编码的代码

时间: 2024-03-22 08:39:08 浏览: 70
好的,下面是一个基于C语言实现的简单的哈夫曼编码和译码程序: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 // 定义哈夫曼树节点结构体 struct HuffmanNode { int freq; char data; struct HuffmanNode *left; struct HuffmanNode *right; }; // 定义哈夫曼编码表结构体 struct HuffmanCode { char data; char *code; }; // 创建哈夫曼树节点 struct HuffmanNode *createHuffmanNode(char data, int freq) { struct HuffmanNode *node = (struct HuffmanNode *) malloc(sizeof(struct HuffmanNode)); node->data = data; node->freq = freq; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } // 交换两个哈夫曼树节点 void swapNodes(struct HuffmanNode **a, struct HuffmanNode **b) { struct HuffmanNode *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 对哈夫曼树节点数组进行排序(根据频率从小到大) void sortNodes(struct HuffmanNode **nodes, int n) { int i, j; for (i = 0; i < n - 1; i++) { for (j = 0; j < n - i - 1; j++) { if (nodes[j]->freq > nodes[j + 1]->freq) { swapNodes(&nodes[j], &nodes[j + 1]); } } } } // 构建哈夫曼树 struct HuffmanNode *buildHuffmanTree(char data[], int freq[], int n) { // 创建哈夫曼树节点数组 struct HuffmanNode **nodes = (struct HuffmanNode **) malloc(n * sizeof(struct HuffmanNode *)); int i; for (i = 0; i < n; i++) { nodes[i] = createHuffmanNode(data[i], freq[i]); } // 对哈夫曼树节点数组进行排序 sortNodes(nodes, n); // 构建哈夫曼树 while (n > 1) { // 选取最小的两个节点作为左右子节点 struct HuffmanNode *left = nodes[0]; struct HuffmanNode *right = nodes[1]; // 创建新节点,其频率为左右子节点频率之和 struct HuffmanNode *node = createHuffmanNode('\0', left->freq + right->freq); node->left = left; node->right = right; // 将新节点插入到节点数组中 nodes[0] = node; // 对节点数组进行排序,继续构建哈夫曼树 sortNodes(nodes, n); n--; } // 返回根节点 return nodes[0]; } // 生成哈夫曼编码表 void generateHuffmanCodeTable(struct HuffmanNode *root, char *prefix, int prefixLen, struct HuffmanCode *table, int *size) { if (!root) { return; } if (root->left == NULL && root->right == NULL) { // 叶子节点,将编码存入哈夫曼编码表 table[*size].data = root->data; table[*size].code = (char *) malloc((prefixLen + 1) * sizeof(char)); strcpy(table[*size].code, prefix); (*size)++; } else { // 非叶子节点,递归生成左右子树的编码 prefix[prefixLen] = '0'; prefix[prefixLen + 1] = '\0'; generateHuffmanCodeTable(root->left, prefix, prefixLen + 1, table, size); prefix[prefixLen] = '1'; prefix[prefixLen + 1] = '\0'; generateHuffmanCodeTable(root->right, prefix, prefixLen + 1, table, size); } } // 将字符串编码为哈夫曼编码 char *encodeString(char *str, struct HuffmanCode *table, int size) { int len = strlen(str); char *code = (char *) malloc(MAX_TREE_HT * sizeof(char)); code[0] = '\0'; int i, j; for (i = 0; i < len; i++) { for (j = 0; j < size; j++) { if (table[j].data == str[i]) { strcat(code, table[j].code); break; } } } return code; } // 将哈夫曼编码解码为字符串 char *decodeCode(char *code, struct HuffmanNode *root) { char *str = (char *) malloc(MAX_TREE_HT * sizeof(char)); str[0] = '\0'; struct HuffmanNode *current = root; int i; for (i = 0; code[i] != '\0'; i++) { if (code[i] == '0') { current = current->left; } else if (code[i] == '1') { current = current->right; } if (current->left == NULL && current->right == NULL) { // 找到叶子节点,将其对应的字符加入解码字符串 str[strlen(str)] = current->data; current = root; } } return str; } int main() { char data[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e'}; int freq[] = {5, 3, 2, 4, 1}; int n = sizeof(data) / sizeof(data[0]); // 构建哈夫曼树 struct HuffmanNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, n); // 生成哈夫曼编码表 struct HuffmanCode table[n]; char prefix[MAX_TREE_HT]; prefix[0] = '\0'; int size = 0; generateHuffmanCodeTable(root, prefix, 0, table, &size); // 输出哈夫曼编码表 printf("Huffman Code Table:\n"); int i; for (i = 0; i < size; i++) { printf(" %c: %s\n", table[i].data, table[i].code); } // 编码字符串 char *str = "abacabad"; char *code = encodeString(str, table, size); printf("Encoded string: %s\n", code); // 解码哈夫曼编码 char *decodedStr = decodeCode(code, root); printf("Decoded string: %s\n", decodedStr); return 0; } ``` 在这个程序中,我们首先定义了哈夫曼树节点和哈夫曼编码表的结构体。然后,我们用 `createHuffmanNode` 函数创建哈夫曼树节点,用 `swapNodes` 和 `sortNodes` 函数对哈夫曼树节点数组进行排序,用 `buildHuffmanTree` 函数构建哈夫曼树。接着,我们用 `generateHuffmanCodeTable` 函数生成哈夫曼编码表,用 `encodeString` 函数将字符串编码为哈夫曼编码,用 `decodeCode` 函数将哈夫曼编码解码为字符串。最后,在 `main` 函数中,我们演示了如何使用这些函数来进行哈夫曼编码和译码。
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