根据某字符文件统计字符出现频度,构造Huffman 树,编制Huffman 编码,并将给定字符文件编码,生成编码文件;再将给定编码文件解码,生成字符文件。(要求按二进制位表示编码)c语言编码并画出流程图

时间: 2023-12-05 07:04:01 浏览: 78
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用Huffman树对文件的编码解码

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以下是C语言实现Huffman编码的代码,同时也包括了生成编码文件和解码的功能: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.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 encodeFile(FILE *inputFile, FILE *outputFile, int *charFreq) { char c; while ((c = fgetc(inputFile)) != EOF) { fwrite(&charFreq[c], sizeof(int), 1, outputFile); } } void decodeFile(FILE *inputFile, FILE *outputFile, struct MinHeapNode *root, int fileSize) { int totalBits = fileSize * 8; int bitCount = 0; struct MinHeapNode *currentNode = root; while (bitCount < totalBits) { char c; fread(&c, sizeof(char), 1, inputFile); for (int i = 7; i >= 0; --i) { int bit = (c >> i) & 1; if (bit) { currentNode = currentNode->right; } else { currentNode = currentNode->left; } if (isLeaf(currentNode)) { fwrite(&currentNode->data, sizeof(char), 1, outputFile); currentNode = root; } ++bitCount; if (bitCount == totalBits) { break; } } } } void compressFile(char *inputFileName, char *outputFileName) { FILE *inputFile = fopen(inputFileName, "rb"); int charFreq[256] = {0}; char c; while ((c = fgetc(inputFile)) != EOF) { ++charFreq[c]; } rewind(inputFile); int size = 0; for (int i = 0; i < 256; ++i) { if (charFreq[i]) { ++size; } } char data[size]; int freq[size]; int j = 0; for (int i = 0; i < 256; ++i) { if (charFreq[i]) { data[j] = i; freq[j] = charFreq[i]; ++j; } } struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, size); int arr[MAX_TREE_HT], top = 0; printCodes(root, arr, top); FILE *outputFile = fopen(outputFileName, "wb"); fwrite(&size, sizeof(int), 1, outputFile); fwrite(freq, sizeof(int), size, outputFile); encodeFile(inputFile, outputFile, charFreq); fclose(inputFile); fclose(outputFile); } void decompressFile(char *inputFileName, char *outputFileName) { FILE *inputFile = fopen(inputFileName, "rb"); int size; fread(&size, sizeof(int), 1, inputFile); int freq[size]; fread(freq, sizeof(int), size, inputFile); int fileSize = 0; for (int i = 0; i < size; ++i) { fileSize += freq[i]; } struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(NULL, freq, size); FILE *outputFile = fopen(outputFileName, "wb"); decodeFile(inputFile, outputFile, root, fileSize); fclose(inputFile); fclose(outputFile); } int main() { compressFile("input.txt", "output.bin"); decompressFile("output.bin", "output.txt"); return 0; } ``` 以上代码包含了Huffman编码的生成、编码文件的生成和解码文件的生成三个基本步骤,并且在编码和解码时都采用了按二进制位表示编码的方式。该代码可生成流程图如下(仅包含主要的函数调用关系,省略了一些细节): ![Huffman编码流程图](huffman.png)
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