假定用于通信的电文仅由8个字母cl,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8 组成。各字母 在电文中出现的频率分别为 5, 25, 3, 6, 10, 11, 36, 4。试为这8个字母设计 不等长Huffman编码,并给出该电文的总码数。用C++编程实现
时间: 2024-11-09 08:22:20 浏览: 43
数据结构题集
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Huffman编码是一种基于字符频率的前缀编码算法,它优先选择频率较低的字符分配较短的编码,使得频率较高的字符有较长的编码。对于给定的字符及其频率,我们首先构建一个Huffman树,然后根据路径长度生成对应的二进制编码。
以下是步骤概述:
1. 对每个字符及其频率创建一个节点,形成一个空的堆或优先队列。
2. 取两个频率最低的节点合并为一个新的节点,新节点的频率是它们的和,作为新的键值。将这个新节点插入堆中。
3. 重复此过程,直到只剩下一个节点,这就是Huffman树的根,其路径长度即为对应字符的编码。
4. 根据路径从左到右的顺序,从0和1开始生成编码。
由于这是一个文本处理的问题,下面是一个简单的C++代码示例,用于构建Huffman树并计算编码:
```cpp
#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
struct Node {
char data;
int freq;
bool is_leaf;
std::string code;
Node* left, *right;
};
// 插入操作
Node* insert(Node* root, char data, int freq) {
if (root == nullptr) return new Node{data, freq, true, "", nullptr, nullptr};
if (freq < root->freq) {
root->left = insert(root->left, data, freq);
} else {
root->right = insert(root->right, data, freq);
}
return root;
}
// 合并函数
Node* merge(Node* left, Node* right) {
if (left == nullptr || right == nullptr) return left ? left : right;
if (left->freq < right->freq) {
left->right = merge(left->right, right);
} else {
right->left = merge(left, right->left);
}
return left->freq + right->freq == left->right->freq ? left : right;
}
// 构建Huffman树
Node* buildHuffmanTree(std::vector<std::pair<char, int>>& freqs) {
std::priority_queue<Node*, std::vector<Node*>, std::greater<Node*>> heap;
for (auto& pair : freqs) {
heap.push(new Node(pair.first, pair.second, true, "", nullptr, nullptr));
}
while (heap.size() > 1) {
Node* left = heap.top(); heap.pop();
Node* right = heap.top(); heap.pop();
heap.push(merge(left, right));
}
return heap.top();
}
// 输出Huffman编码
void printCodes(Node* root, std::string code) {
if (root->is_leaf) {
root->code = code;
std::cout << root->data << ": " << root->code << std::endl;
} else {
printCodes(root->left, code + "0");
printCodes(root->right, code + "1");
}
}
int main() {
// 定义字符及其频率
std::vector<std::pair<char, int>> freqs = {{'c', 5}, {'c2', 25}, {'c3', 3}, {'c4', 6}, {'c5', 10}, {'c6', 11}, {'c7', 36}, {'c8', 4}};
Node* huffmanRoot = buildHuffmanTree(freqs);
// 生成Huffman编码
printCodes(huffmanRoot, "");
// 计算总码数,这里假设直接通过遍历节点和编码计算
int totalCodeLength = 0;
for (const auto& node : huffmanFreqs) {
totalCodeLength += node.code.length();
}
std::cout << "总码数: " << totalCodeLength << std::endl;
return 0;
}
```
请注意,`huffmanFreqs` 是一个临时变量,需要在实际代码中替换为 `huffmanRoot->code` 的结果。这里的代码只是一个基本的实现,实际应用中可能需要处理更复杂的情况,例如动态内存管理。在运行上述代码之前,请确保已经包含所有必要的头文件,并正确初始化字符频率向量。
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