一段简易的霍夫曼编码c程序

时间: 2024-02-20 15:02:51 浏览: 22
好的,以下是一段简易的C语言程序实现霍夫曼编码的过程。假设有一个字符串需要进行编码,首先需要统计各个字符出现的频率,然后根据频率构建霍夫曼树,最后根据霍夫曼树生成编码表并对原始字符串进行编码。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_CHAR 256 // 定义霍夫曼树节点结构体 typedef struct node { char ch; // 字符 int freq; // 出现频率 struct node *left, *right; // 左右子节点指针 } Node; // 定义堆结构体 typedef struct heap { Node **nodes; // 节点指针数组 int size; // 堆的大小 } Heap; // 创建一个节点 Node* createNode(char ch, int freq) { Node *node = (Node*) malloc(sizeof(Node)); node->ch = ch; node->freq = freq; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } // 交换两个节点 void swap(Node **a, Node **b) { Node *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 堆化操作 void heapify(Heap *heap, int idx) { int smallest = idx; int left = 2*idx + 1; int right = 2*idx + 2; if (left < heap->size && heap->nodes[left]->freq < heap->nodes[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < heap->size && heap->nodes[right]->freq < heap->nodes[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != idx) { swap(&heap->nodes[idx], &heap->nodes[smallest]); heapify(heap, smallest); } } // 创建堆 Heap* createHeap() { Heap *heap = (Heap*) malloc(sizeof(Heap)); heap->nodes = (Node**) malloc(MAX_CHAR * sizeof(Node*)); heap->size = 0; return heap; } // 添加节点到堆中 void addToHeap(Heap *heap, Node *node) { heap->nodes[heap->size++] = node; int idx = heap->size - 1; while (idx > 0 && heap->nodes[idx]->freq < heap->nodes[(idx-1)/2]->freq) { swap(&heap->nodes[idx], &heap->nodes[(idx-1)/2]); idx = (idx-1)/2; } } // 从堆中取出最小的节点 Node* extractMinFromHeap(Heap *heap) { Node *minNode = heap->nodes[0]; heap->nodes[0] = heap->nodes[--heap->size]; heapify(heap, 0); return minNode; } // 构建霍夫曼树 Node* buildHuffmanTree(int *freq) { Heap *heap = createHeap(); for (int i = 0; i < MAX_CHAR; i++) { if (freq[i] > 0) { Node *node = createNode((char) i, freq[i]); addToHeap(heap, node); } } while (heap->size > 1) { Node *left = extractMinFromHeap(heap); Node *right = extractMinFromHeap(heap); Node *parent = createNode('\0', left->freq + right->freq); parent->left = left; parent->right = right; addToHeap(heap, parent); } Node *root = extractMinFromHeap(heap); free(heap->nodes); free(heap); return root; } // 生成编码表 void generateCodeTable(Node *root, char **codeTable, char *code, int index) { if (root == NULL) { return; } if (root->ch != '\0') { code[index] = '\0'; codeTable[root->ch] = (char*) malloc(strlen(code) + 1); strcpy(codeTable[root->ch], code); } code[index] = '0'; generateCodeTable(root->left, codeTable, code, index+1); code[index] = '1'; generateCodeTable(root->right, codeTable, code, index+1); } // 对原始字符串进行编码 char* encodeString(char *str, char **codeTable) { int len = strlen(str); char *encoded = (char*) malloc(len * MAX_CHAR * sizeof(char)); int index = 0; for (int i = 0; i < len; i++) { char *code = codeTable[str[i]]; int codeLen = strlen(code); for (int j = 0; j < codeLen; j++) { encoded[index++] = code[j]; } } encoded[index] = '\0'; return encoded; } int main() { // 原始字符串 char str[] = "hello world"; // 统计字符出现的频率 int freq[MAX_CHAR] = {0}; int len = strlen(str); for (int i = 0; i < len; i++) { freq[(int) str[i]]++; } // 构建霍夫曼树 Node *root = buildHuffmanTree(freq); // 生成编码表 char **codeTable = (char**) malloc(MAX_CHAR * sizeof(char*)); char *code = (char*) malloc(MAX_CHAR * sizeof(char)); generateCodeTable(root, codeTable, code, 0); // 对原始字符串进行编码 char *encoded = encodeString(str, codeTable); // 输出结果 printf("原始字符串:%s\n", str); printf("编码结果:%s\n", encoded); // 释放内存 free(code); for (int i = 0; i < MAX_CHAR; i++) { if (codeTable[i] != NULL) { free(codeTable[i]); } } free(codeTable); free(encoded); free(root); return 0; } ``` 在上面的程序中,首先使用一个数组freq来统计字符出现的频率,然后根据频率构建霍夫曼树,并使用一个数组codeTable来保存每个字符的编码。在编码的过程中,对于原始字符串中的每个字符,都在codeTable中查找对应的编码,并将其拼接到encoded字符串中。最后,将原始字符串和编码结果输出,并释放内存。

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