利用C语言编写完整代码。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: 2024-03-07 11:47:06 浏览: 56
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C语言实现Huffman树,Huffman编码

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好的,下面是代码实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> // 定义字符和频率的结构体 struct CharFreq { char ch; int freq; }; // 定义Huffman树的结构体 struct HuffmanTree { char ch; int freq; struct HuffmanTree *left, *right; }; // 创建字符和频率的数组 struct CharFreq char_freq[256]; // 定义Huffman编码的数组 char huffman_code[256][256]; // 定义Huffman编码的字符串 char huffman_string[1000000]; // 定义Huffman编码字符串的长度 int huffman_string_length = 0; // 定义Huffman树的根节点 struct HuffmanTree *huffman_root = NULL; // 交换两个字符和频率结构体 void swap(struct CharFreq *a, struct CharFreq *b) { struct CharFreq temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 定义堆排序中的下沉操作 void heapify(struct CharFreq arr[], int n, int i) { int largest = i; int l = 2 * i + 1; int r = 2 * i + 2; if (l < n && arr[l].freq > arr[largest].freq) { largest = l; } if (r < n && arr[r].freq > arr[largest].freq) { largest = r; } if (largest != i) { swap(&arr[i], &arr[largest]); heapify(arr, n, largest); } } // 定义堆排序函数 void heap_sort(struct CharFreq arr[], int n) { for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) { heapify(arr, n, i); } for (int i = n - 1; i > 0; i--) { swap(&arr[0], &arr[i]); heapify(arr, i, 0); } } // 创建Huffman树 struct HuffmanTree* create_huffman_tree(struct CharFreq arr[], int n) { struct HuffmanTree *left, *right, *top; // 创建一个最小堆 heap_sort(arr, n); while (n != 1) { // 取出最小的两个元素作为左右子节点 left = (struct HuffmanTree*) malloc(sizeof(struct HuffmanTree)); left->ch = arr[0].ch; left->freq = arr[0].freq; left->left = NULL; left->right = NULL; right = (struct HuffmanTree*) malloc(sizeof(struct HuffmanTree)); right->ch = arr[1].ch; right->freq = arr[1].freq; right->left = NULL; right->right = NULL; // 取出两个最小元素之后,删除它们 int i; for (i = 2; i < n; i++) { arr[i - 2] = arr[i]; } n--; // 创建一个新的节点,作为左右子节点的父节点 top = (struct HuffmanTree*) malloc(sizeof(struct HuffmanTree)); top->ch = '$'; top->freq = left->freq + right->freq; top->left = left; top->right = right; // 将新的节点插入到数组中 i = n - 1; while (i >= 0 && arr[i].freq < top->freq) { arr[i + 1] = arr[i]; i--; } arr[i + 1].ch = '$'; arr[i + 1].freq = top->freq; arr[i + 1].left = top->left; arr[i + 1].right = top->right; n--; } // 最后剩下的节点就是Huffman树的根节点 return (arr[0].left); } // 对Huffman树进行编码 void encode_huffman_tree(struct HuffmanTree* root, char code[], int top) { // 如果是叶子节点,就输出编码 if (root->left == NULL && root->right == NULL) { code[top] = '\0'; strcpy(huffman_code[root->ch], code); return; } // 否则遍历左右子树 if (root->left != NULL) { code[top] = '0'; encode_huffman_tree(root->left, code, top + 1); } if (root->right != NULL) { code[top] = '1'; encode_huffman_tree(root->right, code, top + 1); } } // 对文本字符串进行Huffman编码 void encode_huffman_string(char *text) { int n = strlen(text); // 遍历文本字符串,计算每个字符的出现频率 for (int i = 0; i < n; i++) { char_freq[(int)text[i]].ch = text[i]; char_freq[(int)text[i]].freq++; } // 创建Huffman树 huffman_root = create_huffman_tree(char_freq, 256); // 对Huffman树进行编码 char code[256]; encode_huffman_tree(huffman_root, code, 0); // 输出Huffman编码结果 for (int i = 0; i < n; i++) { strcat(huffman_string, huffman_code[(int)text[i]]); } huffman_string_length = strlen(huffman_string); } // 对0-1码流进行解码 void decode_huffman_string(char *code) { // 定义Huffman树的当前节点 struct HuffmanTree *current = huffman_root; // 遍历0-1码流,根据当前节点的左右子节点进行移动 for (int i = 0; i < strlen(code); i++) { if (code[i] == '0') { current = current->left; } else { current = current->right; } // 如果当前节点是叶子节点,就输出字符 if (current->left == NULL && current->right == NULL) { printf("%c", current->ch); current = huffman_root; } } } int main() { char text[1000000]; // 从键盘输入文本字符串 printf("请输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串:\n"); fgets(text, 1000000, stdin); // 对文本字符串进行Huffman编码 encode_huffman_string(text); // 输出Huffman编码结果 printf("Huffman编码结果为:\n%s\n", huffman_string); // 对Huffman编码结果进行解码 printf("解码结果为:\n"); decode_huffman_string(huffman_string); return 0; } ``` 代码实现的思路如下: 1. 定义字符和频率的结构体,以及Huffman树的结构体。 2. 创建字符和频率的数组,并遍历文本字符串,计算每个字符的出现频率。 3. 创建Huffman树,并对Huffman树进行编码。 4. 遍历文本字符串,输出每个字符的Huffman编码结果。 5. 对Huffman编码结果进行解码,输出原始文本字符串。 需要注意的是,本代码实现中只考虑了英文字母和空格,如果需要支持其他字符,需要对字符和频率的数组进行修改。
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