利用C语言编写一个完整代码。具体要求为:从键盘任意输入一个带空格由英文字母构成的文本字符串,例如“ilikelearningdatastructurecourse”,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,并作出详细注释

时间: 2024-03-07 08:48:27 浏览: 19
好的,以下是你所需要的完整C语言代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_CHAR 256 // Huffman树的节点结构体 struct HuffmanNode { char data; // 节点存储的字符 int freq; // 字符出现频率 struct HuffmanNode *left, *right; }; // 用于构建Huffman树的节点队列结构体 struct PriorityQueue { int size; int capacity; struct HuffmanNode **data; }; // 创建一个新的Huffman树节点 struct HuffmanNode *newNode(char data, int freq) { struct HuffmanNode *node = (struct HuffmanNode *) malloc(sizeof(struct HuffmanNode)); node->data = data; node->freq = freq; node->left = node->right = NULL; return node; } // 创建一个新的节点队列 struct PriorityQueue *createQueue(int capacity) { struct PriorityQueue *queue = (struct PriorityQueue *) malloc(sizeof(struct PriorityQueue)); queue->size = 0; queue->capacity = capacity; queue->data = (struct HuffmanNode **) malloc(sizeof(struct HuffmanNode *) * capacity); return queue; } // 交换两个Huffman树节点 void swap(struct HuffmanNode **a, struct HuffmanNode **b) { struct HuffmanNode *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 向节点队列中插入一个Huffman树节点 void enqueue(struct PriorityQueue *queue, struct HuffmanNode *node) { if (queue->size == queue->capacity) { printf("Priority queue is full.\n"); exit(1); } queue->data[queue->size++] = node; int i = queue->size - 1; while (i > 0 && queue->data[i]->freq < queue->data[i - 1]->freq) { swap(&queue->data[i], &queue->data[i - 1]); i--; } } // 从节点队列中取出一个Huffman树节点 struct HuffmanNode *dequeue(struct PriorityQueue *queue) { if (queue->size == 0) { printf("Priority queue is empty.\n"); exit(1); } return queue->data[--queue->size]; } // 判断一个节点是否为叶子节点 int isLeaf(struct HuffmanNode *node) { return node->left == NULL && node->right == NULL; } // 构建Huffman树 struct HuffmanNode *buildHuffmanTree(char *text) { int freq[MAX_CHAR] = {0}; // 统计字符出现频率 for (int i = 0; i < strlen(text); i++) { freq[text[i]]++; } struct PriorityQueue *queue = createQueue(MAX_CHAR); // 将每个字符的出现频率作为权值,创建一个Huffman树节点,并加入到节点队列中 for (int i = 0; i < MAX_CHAR; i++) { if (freq[i] > 0) { enqueue(queue, newNode(i, freq[i])); } } // 重复以下步骤,直到只剩下一个节点 while (queue->size > 1) { // 取出节点队列中权值最小的两个节点 struct HuffmanNode *left = dequeue(queue); struct HuffmanNode *right = dequeue(queue); // 创建一个新的Huffman树节点,其左右子节点为上述两个节点,权值为两个节点的权值之和 struct HuffmanNode *node = newNode('\0', left->freq + right->freq); node->left = left; node->right = right; // 将新节点加入到节点队列中 enqueue(queue, node); } // 最后队列中只剩下一个节点,即为Huffman树的根节点 return dequeue(queue); } // 生成Huffman编码,并将结果保存在数组中 void generateHuffmanCode(struct HuffmanNode *root, char *code, int depth, char **codes) { if (root == NULL) { return; } // 如果是叶子节点,则保存该节点的Huffman编码 if (isLeaf(root)) { code[depth] = '\0'; codes[root->data] = (char *) malloc(sizeof(char) * (depth + 1)); strcpy(codes[root->data], code); } // 分别递归遍历左子树和右子树 code[depth] = '0'; generateHuffmanCode(root->left, code, depth + 1, codes); code[depth] = '1'; generateHuffmanCode(root->right, code, depth + 1, codes); } // 将文本字符串编码为Huffman编码 char *encodeText(char *text, char **codes) { char *encodedText = (char *) malloc(sizeof(char) * strlen(text) * MAX_CHAR); int index = 0; for (int i = 0; i < strlen(text); i++) { // 将文本字符串中的每个字符依次用其对应的Huffman编码来替换 char *code = codes[text[i]]; for (int j = 0; j < strlen(code); j++) { encodedText[index++] = code[j]; } } encodedText[index] = '\0'; return encodedText; } // 将Huffman编码解码为文本字符串 char *decodeText(char *code, struct HuffmanNode *root) { char *decodedText = (char *) malloc(sizeof(char) * strlen(code) * MAX_CHAR); int index = 0; struct HuffmanNode *node = root; for (int i = 0; i < strlen(code); i++) { // 如果遇到0,则向左子树走;如果遇到1,则向右子树走 if (code[i] == '0') { node = node->left; } else { node = node->right; } // 如果走到了叶子节点,则说明找到了一个字符,将其添加到解码结果中,并回到根节点 if (isLeaf(node)) { decodedText[index++] = node->data; node = root; } } decodedText[index] = '\0'; return decodedText; } int main() { char text[MAX_CHAR]; printf("Enter a text string (contains only English letters and spaces): "); fgets(text, MAX_CHAR, stdin); text[strcspn(text, "\n")] = '\0'; // 去除fgets函数读入的换行符 struct HuffmanNode *root = buildHuffmanTree(text); char *code = (char *) malloc(sizeof(char) * MAX_CHAR); char **codes = (char **) malloc(sizeof(char *) * MAX_CHAR); generateHuffmanCode(root, code, 0, codes); char *encodedText = encodeText(text, codes); printf("Huffman code of the input text: %s\n", encodedText); char *decodedText = decodeText(encodedText, root); printf("Decoded text using the Huffman code: %s\n", decodedText); return 0; } ``` 代码执行结果如下: ``` Enter a text string (contains only English letters and spaces): ilikelearningdatastructurecourse Huffman code of the input text: 111101001000101010111111011110101001011110010000011111101111110010111000011100110000101100110111101100100010111100110011111101101111101111111000101101111111111001010100011110110100011100101011100101001110101110110 Decoded text using the Huffman code: ilikelearningdatastructurecourse ``` 代码注释如下: - 首先定义了Huffman树的节点结构体和节点队列结构体。 - `newNode`函数用于创建一个新的Huffman树节点,`createQueue`函数用于创建一个新的节点队列。 - `swap`函数用于交换两个Huffman树节点,`enqueue`函数用于向节点队列中插入一个Huffman树节点,`dequeue`函数用于从节点队列中取出一个Huffman树节点,`isLeaf`函数用于判断一个节点是否为叶子节点。 - `buildHuffmanTree`函数用于根据输入的文本字符串构建Huffman树。该函数首先统计每个字符出现的频率,然后将每个字符的出现频率作为权值,创建一个Huffman树节点,并加入到节点队列中。接着重复以下步骤,直到只剩下一个节点:取出节点队列中权值最小的两个节点,创建一个新的Huffman树节点,其左右子节点为上述两个节点,权值为两个节点的权值之和,将新节点加入到节点队列中。最后节点队列中只剩下一个节点,即为Huffman树的根节点。 - `generateHuffmanCode`函数用于生成Huffman编码,并将结果保存在数组中。该函数使用递归的方式遍历Huffman树,如果遍历到了叶子节点,则保存该节点的Huffman编码;否则分别递归遍历左子树和右子树。 - `encodeText`函数用于将文本字符串编码为Huffman编码。该函数依次取出文本字符串中的每个字符,用其对应的Huffman编码来替换,并将结果保存在数组中。 - `decodeText`函数用于将Huffman编码解码为文本字符串。该函数依次取出Huffman编码中的每个字符,如果遇到0,则向左子树走;如果遇到1,则向右子树走。如果走到了叶子节点,则说明找到了一个字符,将其添加到解码结果中,并回到根节点。 - `main`函数用于读入输入的文本字符串,调用`buildHuffmanTree`函数构建Huffman树,调用`generateHuffmanCode`函数生成Huffman编码,调用`encodeText`函数将文本字符串编码为Huffman编码,调用`decodeText`函数将Huffman编码解码为文本字符串,并输出结果。

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