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 17:47:40 浏览: 168
以下是基于C语言的Huffman编码和解码示例代码,代码中会使用到哈希表和优先队列这两个数据结构: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_N 1000 // 字符串最大长度 #define MAX_HUFF 512 // 哈夫曼编码最大长度 #define MAX_HASH 128 // 哈希表大小 // 定义哈夫曼树节点 typedef struct huff_node { char ch; // 字符 int freq; // 频率 int lson, rson; // 左右子节点 } huff_node; // 定义哈夫曼编码表 typedef struct huff_code { char ch; // 字符 char code[MAX_HUFF]; // 编码 } huff_code; // 定义哈希表节点 typedef struct hash_node { char ch; // 字符 int index; // 索引 } hash_node; // 定义优先队列节点 typedef struct pq_node { int index; // 索引 int priority; // 优先级 } pq_node; // 定义哈希表 hash_node hash_table[MAX_HASH]; // 定义哈夫曼树和编码表 huff_node huff_tree[MAX_HASH * 2 - 1]; huff_code huff_codes[MAX_HASH]; // 定义优先队列 pq_node pq[MAX_HASH * 2 - 1]; int pq_size = 0; // 定义字符出现频率数组 int freq[MAX_HASH]; // 定义字符串和哈夫曼编码结果 char str[MAX_N], huff_result[MAX_N * MAX_HUFF]; // 定义哈夫曼树节点个数和哈夫曼编码表长度 int num_nodes = 0, num_codes = 0; /* 哈希表相关函数 */ // 初始化哈希表 void init_hash_table() { for (int i = 0; i < MAX_HASH; i++) { hash_table[i].ch = 0; hash_table[i].index = -1; } } // 向哈希表中添加字符和索引 void add_to_hash_table(char ch, int index) { int hash_index = ch % MAX_HASH; while (hash_table[hash_index].ch != 0) { hash_index = (hash_index + 1) % MAX_HASH; } hash_table[hash_index].ch = ch; hash_table[hash_index].index = index; } // 从哈希表中获取字符的索引 int get_from_hash_table(char ch) { int hash_index = ch % MAX_HASH; while (hash_table[hash_index].ch != ch && hash_table[hash_index].ch != 0) { hash_index = (hash_index + 1) % MAX_HASH; } if (hash_table[hash_index].ch == ch) { return hash_table[hash_index].index; } else { return -1; } } /* 优先队列相关函数 */ // 初始化优先队列 void init_priority_queue() { pq_size = 0; } // 向优先队列中添加节点 void add_to_priority_queue(int index, int priority) { int i = pq_size++; pq[i].index = index; pq[i].priority = priority; while (i > 0 && pq[i].priority < pq[(i - 1) / 2].priority) { pq_node temp = pq[i]; pq[i] = pq[(i - 1) / 2]; pq[(i - 1) / 2] = temp; i = (i - 1) / 2; } } // 从优先队列中获取最小节点 pq_node pop_priority_queue() { pq_node min_node = pq[0]; pq[0] = pq[--pq_size]; int i = 0; while (i * 2 + 1 < pq_size) { int lson = i * 2 + 1; int rson = i * 2 + 2; int min_son = lson; if (rson < pq_size && pq[rson].priority < pq[lson].priority) { min_son = rson; } if (pq[min_son].priority < pq[i].priority) { pq_node temp = pq[i]; pq[i] = pq[min_son]; pq[min_son] = temp; i = min_son; } else { break; } } return min_node; } /* 哈夫曼树相关函数 */ // 创建哈夫曼树 void create_huff_tree() { for (int i = 0; i < MAX_HASH; i++) { if (freq[i] > 0) { huff_tree[num_nodes].ch = i; huff_tree[num_nodes].freq = freq[i]; huff_tree[num_nodes].lson = huff_tree[num_nodes].rson = -1; add_to_hash_table(i, num_nodes); add_to_priority_queue(num_nodes, freq[i]); num_nodes++; } } while (pq_size > 1) { pq_node node1 = pop_priority_queue(); pq_node node2 = pop_priority_queue(); huff_tree[num_nodes].ch = 0; huff_tree[num_nodes].freq = node1.priority + node2.priority; huff_tree[num_nodes].lson = node1.index; huff_tree[num_nodes].rson = node2.index; add_to_priority_queue(num_nodes, huff_tree[num_nodes].freq); num_nodes++; } } // 深度优先遍历哈夫曼树,生成哈夫曼编码 void dfs_huff_tree(int node_index, char* code, int len) { if (huff_tree[node_index].lson == -1 && huff_tree[node_index].rson == -1) { huff_codes[num_codes].ch = huff_tree[node_index].ch; strcpy(huff_codes[num_codes].code, code); num_codes++; } else { code[len] = '0'; dfs_huff_tree(huff_tree[node_index].lson, code, len + 1); code[len] = '1'; dfs_huff_tree(huff_tree[node_index].rson, code, len + 1); } } // 获取字符的哈夫曼编码 char* get_huff_code(char ch) { int index = get_from_hash_table(ch); if (index != -1) { return huff_codes[index].code; } else { return NULL; } } /* 哈夫曼编码函数 */ // 对字符串进行哈夫曼编码 void huff_encode() { char code[MAX_HUFF]; memset(code, 0, sizeof(code)); for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) { char* huff_code = get_huff_code(str[i]); strcat(huff_result, huff_code); } } /* 哈夫曼解码函数 */ // 对哈夫曼编码进行解码 void huff_decode(char* code) { int len = strlen(code); int node_index = num_nodes - 1; for (int i = 0; i < len; i++) { if (code[i] == '0') { node_index = huff_tree[node_index].lson; } else { node_index = huff_tree[node_index].rson; } if (huff_tree[node_index].lson == -1 && huff_tree[node_index].rson == -1) { putchar(huff_tree[node_index].ch); node_index = num_nodes - 1; } } } /* 主函数 */ int main() { // 初始化哈希表和优先队列 init_hash_table(); init_priority_queue(); // 从键盘读入字符串 printf("请输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串:\n"); fgets(str, MAX_N, stdin); // 统计字符出现频率 for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) { if (str[i] != ' ') { freq[str[i]]++; } } // 创建哈夫曼树并生成哈夫曼编码 create_huff_tree(); char code[MAX_HUFF]; memset(code, 0, sizeof(code)); dfs_huff_tree(num_nodes - 1, code, 0); // 输出哈夫曼编码结果 printf("哈夫曼编码结果为:\n"); huff_encode(); printf("%s\n", huff_result); // 对哈夫曼编码进行解码 printf("请输入一个0-1编码字符串进行解码:\n"); fgets(huff_result, MAX_N * MAX_HUFF, stdin); printf("解码结果为:\n"); huff_decode(huff_result); return 0; } ``` 此代码实现了从键盘读入字符串,统计字符出现频率,创建哈夫曼树并生成哈夫曼编码,输出哈夫曼编码结果,对哈夫曼编码进行解码等功能。
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