C语言实现根据电文中各字符出现的频率,建立哈夫曼树,并设计字符的哈夫曼编码。 1) 建立并输出哈夫曼树的存储结构; 2) 根据哈夫曼树,设计并输出对应字符的哈夫曼编码; 3) 将指定接收到的电文进行译码并输出。

时间: 2024-03-19 19:44:48 浏览: 13
好的,以下是实现该任务的 C 代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <stdbool.h> #include <ctype.h> #define MAX_TREE_HT 100 typedef struct HuffmanNode { char data; int freq; struct HuffmanNode* left; struct HuffmanNode* right; } HuffmanNode; typedef struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; HuffmanNode** array; } MinHeap; typedef struct HuffmanCode { char data; char* code; } HuffmanCode; HuffmanNode* create_node(char data, int freq, HuffmanNode* left, HuffmanNode* right) { HuffmanNode* node = (HuffmanNode*)malloc(sizeof(HuffmanNode)); node->data = data; node->freq = freq; node->left = left; node->right = right; return node; } MinHeap* create_min_heap(unsigned capacity) { MinHeap* min_heap = (MinHeap*)malloc(sizeof(MinHeap)); min_heap->size = 0; min_heap->capacity = capacity; min_heap->array = (HuffmanNode**)malloc(capacity * sizeof(HuffmanNode*)); return min_heap; } void swap_nodes(HuffmanNode** a, HuffmanNode** b) { HuffmanNode* temp = *a; *a = *b; *b = temp; } void min_heapify(MinHeap* min_heap, int idx) { int smallest = idx; int left = 2 * idx + 1; int right = 2 * idx + 2; if (left < min_heap->size && min_heap->array[left]->freq < min_heap->array[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < min_heap->size && min_heap->array[right]->freq < min_heap->array[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != idx) { swap_nodes(&min_heap->array[smallest], &min_heap->array[idx]); min_heapify(min_heap, smallest); } } bool is_size_one(MinHeap* min_heap) { return min_heap->size == 1; } HuffmanNode* extract_min(MinHeap* min_heap) { HuffmanNode* temp = min_heap->array[0]; min_heap->array[0] = min_heap->array[min_heap->size - 1]; --min_heap->size; min_heapify(min_heap, 0); return temp; } void insert_min_heap(MinHeap* min_heap, HuffmanNode* node) { ++min_heap->size; int i = min_heap->size - 1; while (i && node->freq < min_heap->array[(i - 1) / 2]->freq) { min_heap->array[i] = min_heap->array[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } min_heap->array[i] = node; } void build_min_heap(MinHeap* min_heap) { int n = min_heap->size - 1; int i; for (i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) { min_heapify(min_heap, i); } } void print_huffman_tree(HuffmanNode* root, int level) { if (root) { int i; for (i = 0; i < level; ++i) { printf("\t"); } if (root->data) { printf("(%c, %d)\n", root->data, root->freq); } else { printf("(%d)\n", root->freq); } print_huffman_tree(root->left, level + 1); print_huffman_tree(root->right, level + 1); } } void build_and_print_huffman_tree(char* text, int n) { int freq[256] = {0}; int i; for (i = 0; i < n; ++i) { ++freq[text[i]]; } MinHeap* min_heap = create_min_heap(256); for (i = 0; i < 256; ++i) { if (freq[i]) { insert_min_heap(min_heap, create_node(i, freq[i], NULL, NULL)); } } build_min_heap(min_heap); while (!is_size_one(min_heap)) { HuffmanNode* left = extract_min(min_heap); HuffmanNode* right = extract_min(min_heap); HuffmanNode* parent = create_node('$', left->freq + right->freq, left, right); insert_min_heap(min_heap, parent); } HuffmanNode* root = min_heap->array[0]; printf("Huffman Tree:\n"); print_huffman_tree(root, 0); } void build_huffman_codes(HuffmanNode* root, char* code, int top, HuffmanCode* codes) { if (root->left) { code[top] = '0'; build_huffman_codes(root->left, code, top + 1, codes); } if (root->right) { code[top] = '1'; build_huffman_codes(root->right, code, top + 1, codes); } if (!root->left && !root->right) { codes[root->data].data = root->data; codes[root->data].code = (char*)malloc((top + 1) * sizeof(char)); strncpy(codes[root->data].code, code, top); codes[root->data].code[top] = '\0'; } } void print_huffman_codes(HuffmanCode* codes) { printf("Huffman Codes:\n"); int i; for (i = 0; i < 256; ++i) { if (codes[i].code) { printf("%c: %s\n", codes[i].data, codes[i].code); } } } void encode_text(char* text, int n, HuffmanCode* codes, char* encoded_text) { int i; for (i = 0; i < n; ++i) { strcat(encoded_text, codes[text[i]].code); } } void decode_text(char* encoded_text, int n, HuffmanNode* root, char* decoded_text) { int i; HuffmanNode* current = root; for (i = 0; i < n; ++i) { if (encoded_text[i] == '0') { current = current->left; } else { current = current->right; } if (!current->left && !current->right) { decoded_text[strlen(decoded_text)] = current->data; current = root; } } } int main() { char text[] = "hello world"; int n = strlen(text); build_and_print_huffman_tree(text, n); HuffmanCode codes[256] = {0}; char code[MAX_TREE_HT] = {0}; build_huffman_codes(create_node('$', 0, NULL, NULL), code, 0, codes); print_huffman_codes(codes); char encoded_text[MAX_TREE_HT * n] = {0}; encode_text(text, n, codes, encoded_text); printf("Encoded Text: %s\n", encoded_text); char decoded_text[MAX_TREE_HT * n] = {0}; decode_text(encoded_text, strlen(encoded_text), create_node('$', 0, NULL, NULL), decoded_text); printf("Decoded Text: %s\n", decoded_text); return 0; } ``` 这段代码实现了建立哈夫曼树、设计字符的哈夫曼编码、对指定接收到的电文进行译码功能。你可以根据需求自行修改代码。

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