利用C语言编写软件实现上述功能。具体要求为: 从键盘任意输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串,例如“i like learning datastructure course”,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,并做详细注释
时间: 2024-03-06 15:49:40 浏览: 45
好的,这是一个比较复杂的编程任务,需要涉及到Huffman编码的基本原理和算法。下面是一个基本的实现思路:
1. 定义一个结构体来表示Huffman树的节点,包括字符、权值、左右子节点等信息。
```c
typedef struct _huffman_node {
char ch; // 字符
int freq; // 权值
struct _huffman_node *left, *right; // 左右子节点
} huffman_node;
```
2. 定义一个函数来读取输入的字符串并统计每个字符出现的次数,用于构建Huffman树。
```c
void count_chars(char *str, int *freq) {
while (*str) {
freq[*str]++;
str++;
}
}
```
3. 定义一个函数来创建Huffman树。
```c
huffman_node *build_huffman_tree(int *freq) {
// 创建一个节点数组,用于存放Huffman树的叶子节点
huffman_node *nodes[256] = {0};
int i, j, n = 0;
for (i = 0; i < 256; i++) {
if (freq[i] > 0) {
nodes[n] = (huffman_node *) malloc(sizeof(huffman_node));
nodes[n]->ch = (char) i;
nodes[n]->freq = freq[i];
nodes[n]->left = nodes[n]->right = NULL;
n++;
}
}
// 构建Huffman树
while (n > 1) {
// 找到权值最小的两个节点
huffman_node *min1 = nodes[0];
huffman_node *min2 = nodes[1];
if (min1->freq > min2->freq) {
huffman_node *tmp = min1;
min1 = min2;
min2 = tmp;
}
for (i = 2; i < n; i++) {
if (nodes[i]->freq < min1->freq) {
min2 = min1;
min1 = nodes[i];
} else if (nodes[i]->freq < min2->freq) {
min2 = nodes[i];
}
}
// 创建一个新节点,将权值最小的两个节点作为其左右子节点
huffman_node *new_node = (huffman_node *) malloc(sizeof(huffman_node));
new_node->freq = min1->freq + min2->freq;
new_node->left = min1;
new_node->right = min2;
// 将新节点加入节点数组中,删除原来的两个节点
nodes[n-2] = new_node;
n--;
for (i = 0; i < n; i++) {
if (nodes[i] == min1 || nodes[i] == min2) {
for (j = i; j < n-1; j++) {
nodes[j] = nodes[j+1];
}
n--;
i--;
}
}
}
return nodes[0];
}
```
4. 定义一个函数来对Huffman树进行编码。
```c
void encode_huffman_tree(huffman_node *node, char *code, char **codes) {
if (node == NULL) return;
if (node->left == NULL && node->right == NULL) {
codes[node->ch] = strdup(code);
return;
}
code[strlen(code)] = '0'; // 将编码码流加上左分支的 0
encode_huffman_tree(node->left, code, codes);
code[strlen(code) - 1] = '1'; // 将编码码流改回上一个状态,加上右分支的 1
encode_huffman_tree(node->right, code, codes);
code[strlen(code) - 1] = '\0'; // 回溯到上一个状态
}
```
5. 定义一个函数来对输入的字符串进行Huffman编码。
```c
char *encode_huffman(char *str, char **codes) {
char *code = (char *) malloc(sizeof(char) * (strlen(str) * 8 + 1));
char *p = code;
while (*str) {
strcat(p, codes[*str]);
p += strlen(codes[*str]);
str++;
}
return code;
}
```
6. 定义一个函数来对Huffman编码后的字符串进行解码。
```c
char *decode_huffman(char *code, huffman_node *root) {
char *str = (char *) malloc(sizeof(char) * (strlen(code) / 8 + 1));
char *p = str;
huffman_node *node = root;
while (*code) {
if (*code == '0') node = node->left;
else node = node->right;
if (node->left == NULL && node->right == NULL) {
*p++ = node->ch;
node = root;
}
code++;
}
*p = '\0';
return str;
}
```
7. 最后在主函数中调用上述函数完成整个过程。
```c
int main() {
// 读取输入字符串并统计字符出现次数
char str[1024];
fgets(str, sizeof(str), stdin);
int freq[256] = {0};
count_chars(str, freq);
// 创建Huffman树并进行编码
huffman_node *root = build_huffman_tree(freq);
char *codes[256] = {0};
char code[256] = "";
encode_huffman_tree(root, code, codes);
char *huff_code = encode_huffman(str, codes);
printf("Huffman Code: %s\n", huff_code);
// 对编码后的字符串进行解码
char *decoded_str = decode_huffman(huff_code, root);
printf("Decoded String: %s\n", decoded_str);
return 0;
}
```
注释如下:
- 第1步:定义表示Huffman树节点的结构体,包括字符、权值、左右子节点等信息。
- 第2步:定义一个函数`count_chars`,用于读取输入字符串并统计每个字符出现的次数,用于构建Huffman树。
- 第3步:定义一个函数`build_huffman_tree`,用于构建Huffman树。具体实现过程为:先创建一个节点数组,用于存放Huffman树的叶子节点;然后不断找到权值最小的两个节点,创建一个新节点将它们作为左右子节点,并加入节点数组中,直到只剩下一个节点为止。最后返回根节点。
- 第4步:定义一个函数`encode_huffman_tree`,用于对Huffman树进行编码。具体实现过程为:如果当前节点是叶子节点,将其对应的编码码流加入编码表中;否则,分别对左右子节点进行编码,编码码流加上左分支的0,回溯到上一个状态后加上右分支的1。
- 第5步:定义一个函数`encode_huffman`,用于对输入字符串进行Huffman编码。具体实现过程为:遍历输入字符串中的每个字符,将其对应的编码码流加入编码结果中。
- 第6步:定义一个函数`decode_huffman`,用于对Huffman编码后的字符串进行解码。具体实现过程为:遍历输入字符串中的每个字符,根据0和1分别向左或向右走,直到找到叶子节点,将叶子节点对应的字符加入解码结果中。
- 第7步:在主函数中调用上述函数完成整个过程。
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