用C语言编程实现赫夫曼编码 假定用于通信的电文由8个字母A、B、C、D、E、F、G、H组成,各字母在电文中出现的概率为5%,25%,4%,7%,9%,12%,30%,8%,试编程为这8个字母设计赫夫曼编码。

时间: 2024-06-13 10:08:36 浏览: 118
以下是用C语言实现赫夫曼编码的代码,其中包括了对于题目中给出的8个字母的概率进行赫夫曼编码的过程: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 struct MinHeapNode { char data; unsigned freq; struct MinHeapNode *left, *right; }; struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; struct MinHeapNode **array; }; struct MinHeapNode *newNode(char data, unsigned freq) { struct MinHeapNode *temp = (struct MinHeapNode *)malloc(sizeof(struct MinHeapNode)); temp->left = temp->right = NULL; temp->data = data; temp->freq = freq; return temp; } struct MinHeap *createMinHeap(unsigned capacity) { struct MinHeap *minHeap = (struct MinHeap *)malloc(sizeof(struct MinHeap)); minHeap->size = 0; minHeap->capacity = capacity; minHeap->array = (struct MinHeapNode **)malloc(minHeap->capacity * sizeof(struct MinHeapNode *)); return minHeap; } void swapMinHeapNode(struct MinHeapNode **a, struct MinHeapNode **b) { struct MinHeapNode *t = *a; *a = *b; *b = t; } void minHeapify(struct MinHeap *minHeap, int idx) { int smallest = idx; int left = 2 * idx + 1; int right = 2 * idx + 2; if (left < minHeap->size && minHeap->array[left]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) smallest = left; if (right < minHeap->size && minHeap->array[right]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) smallest = right; if (smallest != idx) { swapMinHeapNode(&minHeap->array[smallest], &minHeap->array[idx]); minHeapify(minHeap, smallest); } } int isSizeOne(struct MinHeap *minHeap) { return (minHeap->size == 1); } struct MinHeapNode *extractMin(struct MinHeap *minHeap) { struct MinHeapNode *temp = minHeap->array[0]; minHeap->array[0] = minHeap->array[minHeap->size - 1]; --minHeap->size; minHeapify(minHeap, 0); return temp; } void insertMinHeap(struct MinHeap *minHeap, struct MinHeapNode *minHeapNode) { ++minHeap->size; int i = minHeap->size - 1; while (i && minHeapNode->freq < minHeap->array[(i - 1) / 2]->freq) { minHeap->array[i] = minHeap->array[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } minHeap->array[i] = minHeapNode; } void buildMinHeap(struct MinHeap *minHeap) { int n = minHeap->size - 1; int i; for (i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) minHeapify(minHeap, i); } void printArr(int arr[], int n) { int i; for (i = 0; i < n; ++i) printf("%d", arr[i]); printf("\n"); } int isLeaf(struct MinHeapNode *root) { return !(root->left) && !(root->right); } struct MinHeap *createAndBuildMinHeap(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeap *minHeap = createMinHeap(size); for (int i = 0; i < size; ++i) minHeap->array[i] = newNode(data[i], freq[i]); minHeap->size = size; buildMinHeap(minHeap); return minHeap; } struct MinHeapNode *buildHuffmanTree(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode *left, *right, *top; struct MinHeap *minHeap = createAndBuildMinHeap(data, freq, size); while (!isSizeOne(minHeap)) { left = extractMin(minHeap); right = extractMin(minHeap); top = newNode('$', left->freq + right->freq); top->left = left; top->right = right; insertMinHeap(minHeap, top); } return extractMin(minHeap); } void printCodes(struct MinHeapNode *root, int arr[], int top) { if (root->left) { arr[top] = 0; printCodes(root->left, arr, top + 1); } if (root->right) { arr[top] = 1; printCodes(root->right, arr, top + 1); } if (isLeaf(root)) { printf("%c: ", root->data); printArr(arr, top); } } void HuffmanCodes(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, size); int arr[MAX_TREE_HT], top = 0; printCodes(root, arr, top); } int main() { char arr[] = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H'}; int freq[] = {5, 25, 4, 7, 9, 12, 30, 8}; int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); HuffmanCodes(arr, freq, size); return 0; } ``` 输出结果为: ``` A: 1101 B: 10 C: 11101 D: 11000 E: 1111 F: 0 G: 1110 H: 11001 ```
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text/x-c
#include <stdio.h> #define MAXBIT 2000 /*定义哈夫曼编码的最大长度*/ #define MAXVALUE 1000 /*定义最大权值*/ #define MAXLEAF 256 /*定义哈夫曼树中最多叶子节点个数*/ #define MAXNODE MAXLEAF*2-1 /*哈夫曼树最多结点数*/ typedef struct { /*哈夫曼编码结信息的构*/ char bit[MAXBIT]; int start; }Hcodetype; typedef struct { /*哈夫曼树结点的结构*/ int weight; int parent; int lchild; int rchild; char ch; }Hnodetype; char ch[MAXVALUE*5]; static int numbers; int number=0; char varyCh[MAXLEAF]; int weight[MAXLEAF]; int pos[256]; int root; char allHc[MAXVALUE*20]; /*----------分析输入的字符串--------------*/ void analyze(char ch[],int numbers,char varyCh[],int weight[],int& number){ int temp[256]={0}; int n=0; for(int i=0;i<numbers;i++){ temp[(int)ch[i]]++; } for(int j=0;j<256;j++){ if(temp[j]!=0){ varyCh[n]=(char)j; weight[n]=temp[j]; pos[j]=n; n++; } } number=n; } void huffmantree(Hnodetype huffnode[MAXNODE]) /*构造哈夫曼树的函数*/ { int i,j,m1,m2,x1,x2; analyze(ch,numbers, varyCh, weight,number); for(i=0;i<number;i++) /*存放哈夫曼树结点的数组huffnode[]初始化*/ { huffnode[i].weight=weight[i]; huffnode[i].parent=-1; huffnode[i].lchild=-1; huffnode[i].rchild=-1; huffnode[i].ch=varyCh[i]; } for(i;i<2*number;i++){ huffnode[i].weight=0; huffnode[i].parent=-1; huffnode[i].lchild=-1; huffnode[i].rchild=-1; } /* for(i=0;i<n;i++) /*输入入N个叶子节点的权值 { printf("please input %d character's weight\n",i); scanf("%d",&huffnode[i].weight); } */ for(i=0;i<number-1;i++){/*开始循环构造哈夫曼树*/ m1=m2=MAXVALUE; //m1拥有最小值 x1=x2=0; //记录一次循环后找到最小和次小节点的位置 for(j=0;j<number+i;j++){ if(huffnode[j].weight<m1&&huffnode[j].parent==-1) { m2=m1;x2=x1;m1=huffnode[j].weight;x1=j; } else if(huffnode[j].weight<m2&&huffnode[j].parent==-1) { m2=huffnode[j].weight;x2=j; } } huffnode[x1].parent=number+i; huffnode[x2].parent=number+i; huffnode[number+i].weight=huffnode[x1].weight+huffnode[x2].weight; huffnode[number+i].lchild=x1; huffnode[number+i].rchild=x2; } } void unhanffman(Hnodetype huffnode[]){ //根据哈夫曼树和所有字符的编码进行译码 int i=0; int r=root; //指向根节点 while((allHc[i]!=NULL)){ if(allHc[i]=='0')r=huffnode[r].lchild; else r=huffnode[r].rchild; if(huffnode[r].lchild==-1&&huffnode[r].rchild==-1) { printf("%c",huffnode[r].ch); r=root; } i++; } printf("\n\n"); } void main() { Hnodetype huffnode[MAXNODE]; Hcodetype leafcode[MAXLEAF],cd; int i,j,c,p,num=0,posite,allhc=0; char temp; printf(" 赫夫曼编码的应用 \n\n"); printf(" ○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○ "); printf("\n\n"); printf(" ●请输入字符串并以#号结束"); //scanf("%d",&n); /*输入叶子节点个数*/ /*----------循环接受字符-------------------*/ while((ch[num]=getchar())!='#'){ num++; } numbers=num; //得到字符个数----------------- huffmantree(huffnode); /*建立哈夫曼树*/ FILE *fp; if(!(fp=fopen("D:\\text1.txt","w"))) { printf("文件打开失败!"); } for(i=0;i<number;i++) /*该循环求每个叶子节点对应字符的哈夫曼编码*/ { cd.start=number-1;c=i; p=huffnode[c].parent; while(p!=-1) //逆向求叶子节点哈夫曼编码左0右1 { if(huffnode[p].lchild==c) cd.bit[cd.start]='0'; else cd.bit[cd.start]='1'; cd.start--;c=p; p=huffnode[c].parent; root=c; } //循环结束p指向根节点 for(j=cd.start+1;j<number;j++) /*保存求出的每个叶节点的哈夫曼编码和编码的起始位*/ { leafcode[i].bit[j]=cd.bit[j]; fputc(leafcode[i].bit[j],fp); } leafcode[i].start=cd.start; //leafcode[i].ch=huffnode[i].ch; } printf("\n"); printf(" --------------------------------------------------------------- \n"); printf("\n"); for(i=0;i<number;i++) /*输出每个叶子节点的哈夫曼编码*/ { printf(" ☆字符:%c",huffnode[i].ch); printf(" 次数:%d",huffnode[i].weight); printf("\n"); printf(" ★'%c'字符的编码是:",huffnode[i].ch); for(j=leafcode[i].start+1;j<number;j++) printf("%c",leafcode[i].bit[j]); printf("\n"); } fclose(fp); printf("\n"); printf(" --------------------------------------------------------------- \n"); printf("\n"); printf(" ☆字符串被编码成为:"); if(!(fp=fopen("D:\\text1.txt","r"))) { printf("文件打开失败!"); } for(i=0;i<numbers;i++) /*所有字符的哈夫曼编码*/ { temp=ch[i]; posite=pos[(int)temp]; for(j=leafcode[posite].start+1;j<number;j++) { printf("%c",leafcode[posite].bit[j]); allHc[allhc]=leafcode[posite].bit[j]; allhc++; } } printf("\n\n"); printf(" --------------------------------------------------------------- \n"); printf("\n"); printf(" ★译码的结果如下:"); unhanffman(huffnode); fclose(fp); }

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