利用C语言编写完整代码。具体要求为: 从键盘任意输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串,例如“I like Learning datastructure course”,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,并做详细注释
时间: 2024-03-07 12:47:55 浏览: 110
好的,这是一个比较复杂的问题,需要分步骤来实现。我会尽可能详细地解释每一个步骤,希望对你有所帮助。
首先,我们需要实现一个Huffman树的数据结构和相关的操作。以下是一个简单的Huffman树结构体的定义:
```c
typedef struct node {
char data; // 字符
int freq; // 字符出现的频率
struct node *left; // 左子树
struct node *right; // 右子树
} huff_node;
```
接下来,我们需要实现一个函数,将输入的字符串转换为一个Huffman树。这个函数的大致思路如下:
1. 遍历输入的字符串,统计每个字符出现的频率;
2. 根据字符频率构建Huffman树;
3. 返回Huffman树的根节点。
这个函数的代码如下:
```c
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// 统计字符出现的频率
int *count_freq(char *str) {
int *freq = (int *)calloc(256, sizeof(int));
int len = strlen(str);
for (int i = 0; i < len; i++) {
freq[(int)str[i]]++;
}
return freq;
}
// Huffman树节点比较函数,用于qsort排序
int cmp_huff_node(const void *a, const void *b) {
const huff_node *p1 = *(const huff_node **)a;
const huff_node *p2 = *(const huff_node **)b;
return p1->freq - p2->freq;
}
// 根据字符频率构建Huffman树
huff_node *build_huff_tree(char *str) {
int *freq = count_freq(str);
int n = 0;
huff_node **nodes = (huff_node **)malloc(256 * sizeof(huff_node *));
for (int i = 0; i < 256; i++) {
if (freq[i] > 0) {
huff_node *node = (huff_node *)malloc(sizeof(huff_node));
node->data = (char)i;
node->freq = freq[i];
node->left = NULL;
node->right = NULL;
nodes[n++] = node;
}
}
qsort(nodes, n, sizeof(huff_node *), cmp_huff_node);
while (n > 1) {
huff_node *node = (huff_node *)malloc(sizeof(huff_node));
node->data = '\0';
node->freq = nodes[0]->freq + nodes[1]->freq;
node->left = nodes[0];
node->right = nodes[1];
nodes[0] = node;
for (int i = 1; i < n - 1; i++) {
nodes[i] = nodes[i + 1];
}
n--;
qsort(nodes, n, sizeof(huff_node *), cmp_huff_node);
}
huff_node *root = nodes[0];
free(nodes);
free(freq);
return root;
}
```
接下来,我们需要实现一个函数,将Huffman树转换为Huffman编码。这个函数的大致思路如下:
1. 递归遍历Huffman树,记录每个叶子节点的编码;
2. 返回一个包含每个字符对应编码的映射表。
这个函数的代码如下:
```c
#include <stdio.h>
// 递归遍历Huffman树,记录每个叶子节点的编码
void traverse_huff_tree(huff_node *node, char *code, int depth, char **codes) {
if (node->left == NULL && node->right == NULL) {
code[depth] = '\0';
codes[(int)node->data] = strdup(code);
return;
}
if (node->left != NULL) {
code[depth] = '0';
traverse_huff_tree(node->left, code, depth + 1, codes);
}
if (node->right != NULL) {
code[depth] = '1';
traverse_huff_tree(node->right, code, depth + 1, codes);
}
}
// 将Huffman树转换为Huffman编码
char **build_huff_codes(huff_node *root) {
char code[256];
char **codes = (char **)calloc(256, sizeof(char *));
traverse_huff_tree(root, code, 0, codes);
return codes;
}
```
现在我们已经有了一个Huffman编码映射表,接下来,我们可以用它来对输入的字符串进行编码。这个函数的大致思路如下:
1. 遍历输入的字符串,对每个字符进行Huffman编码;
2. 将所有编码连接成一个字符串;
3. 返回编码结果。
这个函数的代码如下:
```c
#include <ctype.h>
// 对单个字符进行Huffman编码
void encode_char(char *code, char ch, char **codes) {
char *huff_code = codes[(int)ch];
strcat(code, huff_code);
}
// 对输入的字符串进行Huffman编码
char *huffman_encode(char *str, char **codes) {
int len = strlen(str);
char *code = (char *)calloc(len * 8 + 1, sizeof(char));
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (isalpha(str[i]) || str[i] == ' ') {
encode_char(code, str[i], codes);
}
}
return code;
}
```
最后,我们需要实现一个能够将Huffman编码解码为原始字符串的函数。这个函数的大致思路如下:
1. 遍历输入的0-1编码,根据当前编码字符和Huffman编码映射表,逐步还原原始字符串。
这个函数的代码如下:
```c
// 根据Huffman编码映射表,将单个编码字符解码为原始字符
char decode_char(char *code, char **codes) {
for (int i = 0; i < 256; i++) {
if (codes[i] != NULL && strcmp(code, codes[i]) == 0) {
return (char)i;
}
}
return '\0';
}
// 将Huffman编码解码为原始字符串
char *huffman_decode(char *code, char **codes) {
int len = strlen(code);
char *str = (char *)calloc(len / 8 + 1, sizeof(char));
int pos = 0;
for (int i = 0; i < len; i++) {
code[pos++] = code[i];
code[pos] = '\0';
char ch = decode_char(code, codes);
if (ch != '\0') {
str[strlen(str)] = ch;
pos = 0;
}
}
return str;
}
```
现在,我们已经完成了整个程序的设计,下面是完整的代码:
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