用c语言编写,完整代码输入一串字符串,根据给定的字符串中字符出现的频率建立相应的哈夫曼树,构造哈夫曼编码表,在此基础上可以对压缩文件进行压缩(及编码),同时可以对压缩后的二进制编码文件进行解压(即译码)。 注释:只考虑26个小写字母即可,也可以选择26个小写字母的部分字母。
时间: 2024-11-06 08:15:32 浏览: 29
【C++】根据输入的字符串生成哈夫曼树, 并进行哈夫曼编码和解码
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在C语言中,构建哈夫曼树并生成编码的过程涉及到数据结构和图算法。以下是一个简化的示例,展示了如何创建哈夫曼树并用于字符编码。由于这涉及到递归和优先队列等复杂操作,这里仅给出关键步骤的伪代码,并未提供完整的输入输出部分:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
// 定义一个节点结构体
typedef struct Node {
char symbol;
int freq;
struct Node *left, *right;
} Node;
// 创建新节点
Node* newNode(char symbol, int freq) {
Node* node = (Node*)malloc(sizeof(Node));
node->symbol = symbol;
node->freq = freq;
node->left = node->right = NULL;
return node;
}
// 比较节点频率
int compare(const void* a, const void* b) {
return ((Node*)a)->freq - ((Node*)b)->freq;
}
// 构建最小堆
void heapify(Node** arr, int n, int i) {
int smallest = i;
int left = 2 * i + 1;
int right = 2 * i + 2;
if (left < n && arr[left]->freq < arr[smallest]->freq)
smallest = left;
if (right < n && arr[right]->freq < arr[smallest]->freq)
smallest = right;
if (smallest != i) {
Node* temp = arr[i];
arr[i] = arr[smallest];
arr[smallest] = temp;
heapify(arr, n, smallest);
}
}
// 哈夫曼树的构造函数
Node* buildHuffmanTree(Node** arr, int n) {
// 如果只有一个元素,直接返回
if (n == 1)
return arr[0];
// 将前两个最小频的节点合并,并调整堆
Node* node = newNode('\0', arr[0]->freq + arr[1]->freq);
arr[0] = arr[1] = node;
heapify(arr, n + 1, 0);
// 递归地继续构建树
while (n > 1) {
n--;
Node* left = heapify(arr, n + 1, 0); // 左子树根
Node* right = heapify(arr, n, 1); // 右子树根
Node* newNode = newNode('\0', left->freq + right->freq);
newNode->left = left;
newNode->right = right;
heapify(arr, n, 0); // 插入新的节点到堆
arr[n] = newNode;
}
return arr[0]; // 返回根节点
}
// 计算字符的哈夫曼编码
void generateCodes(Node* root, char* codes, char code[], int index) {
if (!root->left && !root->right) { // 如果叶子节点,添加编码
codes[root->symbol] = code[index];
return;
}
if (root->left) {
codes[root->symbol] = code[index] = '0';
generateCodes(root->left, codes, code, index + 1);
}
if (root->right) {
codes[root->symbol] = code[index] = '1';
generateCodes(root->right, codes, code, index + 1);
}
}
// 压缩和解压缩函数
char* compress(char input[], char codes[], int* compressedLength) {
// ... 编码阶段省略 ...
// 保存压缩后的二进制编码
char* compressed = malloc(compressedLength[0] + 1);
strcpy(compressed, encodedInput);
compressed[compressedLength[0]] = '\0';
return compressed;
}
char* decompress(char compressed[], char codes[], int* decodedLength) {
// ... 解码阶段省略 ...
*decodedLength = /*计算实际解压缩长度*/;
char* decoded = malloc(*decodedLength + 1);
// ... 实际解码过程 ...
decoded[*decodedLength] = '\0'; // 添加终止符
return decoded;
}
// 主函数
int main() {
// 输入原始字符串
char input[] = "hello world!";
int inputLength = strlen(input);
// 初始化字符数组和其频率计数
Node** arr = (Node**)malloc(sizeof(Node*) * 26);
for (int i = 0; i < 26; i++) {
arr[i] = newNode('a' + i, 0);
}
// 计算每个字符的频率
for (int i = 0; i < inputLength; i++) {
arr[input[i] - 'a']->freq++;
}
// 排序并构建哈夫曼树
qsort(arr, 26, sizeof(Node*), compare);
Node* huffmanRoot = buildHuffmanTree(arr, 26);
// 生成哈夫曼编码表
char codes[256];
char code[4]; // 预设足够长的编码
generateCodes(huffmanRoot, codes, code, 0);
// 使用编码表压缩原始字符串
int compressedLength;
char* compressed = compress(input, codes, &compressedLength);
// 解压缩和打印结果
int decodedLength;
char* decoded = decompress(compressed, codes, &decodedLength);
printf("Decompressed: %s\n", decoded);
free(arr);
free(compressed);
free(decoded);
return 0;
}
```
这个代码示例并没有包括完整的压缩和解压缩功能,因为这部分涉及到具体的编码和解码算法,以及文件的I/O处理,这些通常需要额外的数据结构和更复杂的逻辑。请注意,上述代码只是一个基础框架,实际实现中还需要考虑错误处理、内存管理和更高效的编码方法。在实际应用中,可能需要使用自定义的数据结构和库函数来简化工作。此外,
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