贪心策略哈夫曼编码C语言实现

时间: 2023-07-11 07:35:01 浏览: 146
哈夫曼编码是一种无损压缩算法,它的核心是构造一棵哈夫曼树,然后利用哈夫曼树进行编码和解码。贪心策略是哈夫曼编码的基础,它的思想是将出现频率较高的字符用较短的编码表示,出现频率较低的字符用较长的编码表示,以达到压缩数据的目的。 以下是哈夫曼编码的C语言实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_NODES 256 typedef struct node { unsigned char ch; int freq; struct node *left, *right; } Node; typedef struct heap { int size; Node *nodes[MAX_NODES]; } Heap; Node *new_node(unsigned char ch, int freq) { Node *node = (Node *) malloc(sizeof(Node)); node->ch = ch; node->freq = freq; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } Heap *new_heap() { Heap *heap = (Heap *) malloc(sizeof(Heap)); heap->size = 0; return heap; } void swap(Node **a, Node **b) { Node *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } void heapify(Heap *heap, int i) { int smallest = i; int left = 2 * i + 1; int right = 2 * i + 2; if (left < heap->size && heap->nodes[left]->freq < heap->nodes[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < heap->size && heap->nodes[right]->freq < heap->nodes[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != i) { swap(&heap->nodes[i], &heap->nodes[smallest]); heapify(heap, smallest); } } void insert(Heap *heap, Node *node) { heap->nodes[heap->size++] = node; int i = heap->size - 1; while (i > 0 && heap->nodes[(i - 1) / 2]->freq > heap->nodes[i]->freq) { swap(&heap->nodes[(i - 1) / 2], &heap->nodes[i]); i = (i - 1) / 2; } } Node *extract_min(Heap *heap) { Node *node = heap->nodes[0]; heap->nodes[0] = heap->nodes[heap->size - 1]; heap->size--; heapify(heap, 0); return node; } Node *build_huffman_tree(int *freq) { Heap *heap = new_heap(); for (int i = 0; i < 256; i++) { if (freq[i] > 0) { insert(heap, new_node(i, freq[i])); } } while (heap->size > 1) { Node *left = extract_min(heap); Node *right = extract_min(heap); Node *parent = new_node(0, left->freq + right->freq); parent->left = left; parent->right = right; insert(heap, parent); } Node *root = extract_min(heap); free(heap); return root; } void encode(Node *root, int *code, int len, char **codes) { if (root->left == NULL && root->right == NULL) { code[len] = '\0'; codes[root->ch] = (char *) malloc(sizeof(char) * (len + 1)); strcpy(codes[root->ch], (char *) code); } else { code[len] = '0'; encode(root->left, code, len + 1, codes); code[len] = '1'; encode(root->right, code, len + 1, codes); } } void print_codes(char **codes) { for (int i = 0; i < 256; i++) { if (codes[i] != NULL) { printf("%c: %s\n", i, codes[i]); } } } void destroy_tree(Node *root) { if (root != NULL) { destroy_tree(root->left); destroy_tree(root->right); free(root); } } void destroy_codes(char **codes) { for (int i = 0; i < 256; i++) { if (codes[i] != NULL) { free(codes[i]); } } free(codes); } int main() { int freq[256] = {0}; char c; while ((c = getchar()) != EOF) { freq[c]++; } Node *root = build_huffman_tree(freq); int code[256]; char **codes = (char **) malloc(sizeof(char *) * 256); encode(root, code, 0, codes); print_codes(codes); destroy_tree(root); destroy_codes(codes); return 0; } ``` 该实现中,首先定义了一个`Node`结构体用于表示哈夫曼树中的节点,包括字符、出现频率以及左右子节点。`Heap`结构体用于表示最小堆,包括堆的大小和节点数组。`new_node`函数用于新建一个节点,`new_heap`函数用于新建一个最小堆。`swap`函数用于交换两个节点,`heapify`函数用于从指定位置开始调整最小堆,`insert`函数用于插入一个新节点到最小堆中,`extract_min`函数用于取出最小节点,`build_huffman_tree`函数用于构建哈夫曼树。 当哈夫曼树构建完成后,调用`encode`函数对每个字符进行编码,`print_codes`函数用于输出每个字符的编码,`destroy_tree`函数用于销毁哈夫曼树,`destroy_codes`函数用于销毁编码数组,释放动态分配的内存。 以上就是贪心策略哈夫曼编码的C语言实现。
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