帮我写一个C++用二叉树进行霍夫曼编码

时间: 2023-07-01 18:16:10 浏览: 36
好的,下面是一个简单的C++实现,包括字符频率的统计、霍夫曼树的构建、字符编码的生成和文件压缩解压等功能: ```c++ #include <iostream> #include <fstream> #include <queue> #include <unordered_map> #include <vector> using namespace std; struct Node { char ch; int freq; Node *left, *right; Node(char ch, int freq, Node *left = nullptr, Node *right = nullptr) { this->ch = ch; this->freq = freq; this->left = left; this->right = right; } ~Node() { delete left; delete right; } }; struct Compare { bool operator()(Node *a, Node *b) { return a->freq > b->freq; } }; class Huffman { public: Huffman() {} void compress(const string &in_file, const string &out_file) { unordered_map<char, int> freq_map = count_freq(in_file); Node *root = build_tree(freq_map); unordered_map<char, string> code_map = generate_code(root); ifstream fin(in_file, ios::binary); ofstream fout(out_file, ios::binary); int num_bits = 0; char buffer = 0; while (true) { char ch = fin.get(); if (fin.eof()) break; string code = code_map[ch]; for (char bit : code) { buffer = (buffer << 1) | (bit - '0'); if (++num_bits == 8) { fout.put(buffer); buffer = 0; num_bits = 0; } } } if (num_bits > 0) { buffer <<= (8 - num_bits); fout.put(buffer); } fin.close(); fout.close(); } void decompress(const string &in_file, const string &out_file) { ifstream fin(in_file, ios::binary); ofstream fout(out_file, ios::binary); Node *root = read_tree(fin); Node *p = root; int num_bits = 0; char buffer = fin.get(); while (true) { if (p->left == nullptr && p->right == nullptr) { fout.put(p->ch); p = root; } else { char bit = (buffer >> (7 - num_bits)) & 1; p = (bit == 0) ? p->left : p->right; if (++num_bits == 8) { buffer = fin.get(); num_bits = 0; } } if (fin.eof()) break; } delete root; fin.close(); fout.close(); } private: unordered_map<char, int> count_freq(const string &in_file) { unordered_map<char, int> freq_map; ifstream fin(in_file, ios::binary); while (true) { char ch = fin.get(); if (fin.eof()) break; freq_map[ch]++; } fin.close(); return freq_map; } Node *build_tree(const unordered_map<char, int> &freq_map) { priority_queue<Node*, vector<Node*>, Compare> pq; for (auto &p : freq_map) { pq.push(new Node(p.first, p.second)); } while (pq.size() > 1) { Node *left = pq.top(); pq.pop(); Node *right = pq.top(); pq.pop(); Node *parent = new Node('\0', left->freq + right->freq, left, right); pq.push(parent); } return pq.top(); } unordered_map<char, string> generate_code(Node *root) { unordered_map<char, string> code_map; string code; generate_code_helper(root, code, code_map); return code_map; } void generate_code_helper(Node *p, string &code, unordered_map<char, string> &code_map) { if (p == nullptr) return; if (p->left == nullptr && p->right == nullptr) { code_map[p->ch] = code; return; } code.push_back('0'); generate_code_helper(p->left, code, code_map); code.pop_back(); code.push_back('1'); generate_code_helper(p->right, code, code_map); code.pop_back(); } Node *read_tree(ifstream &fin) { char ch = fin.get(); if (ch == 'L') { return new Node(fin.get(), 0); } else { Node *left = read_tree(fin); Node *right = read_tree(fin); return new Node('\0', 0, left, right); } } void write_tree(Node *p, ofstream &fout) { if (p->left == nullptr && p->right == nullptr) { fout.put('L'); fout.put(p->ch); } else { fout.put('I'); write_tree(p->left, fout); write_tree(p->right, fout); } } }; int main() { Huffman huffman; huffman.compress("input.txt", "output.bin"); huffman.decompress("output.bin", "output.txt"); return 0; } ``` 这里假设待压缩的文件为文本文件,输入输出文件名分别为`input.txt`和`output.txt`,压缩后的二进制文件为`output.bin`。在压缩时,首先统计每个字符出现的频率,然后利用优先队列构建霍夫曼树,生成每个字符的编码,将每个字符替换为其对应的编码,得到压缩后的文件。在解压时,读入压缩后的文件,根据编码逆向遍历霍夫曼树,得到原字符,依次输出即可。

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好的,根据上面的目标函数,我们可以推导出其对应的梯度向量函数,如下所示: def gradient(x, y, beta): """ Compute gradient of the logistic regression loss function :param beta: model parameter vector :param x: feature matrix :param y: label vector :return: gradient vector """ n = x.shape[0] pred = 1 /
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