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 09:47:18 浏览: 79
好的,这是一个比较复杂的问题,需要涉及到Huffman编码和解码的知识。我会尽力解答你的问题,但是需要您耐心阅读代码和注释。
首先,我们需要定义Huffman树和Huffman编码的相关数据结构。
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX_NODE_NUM 256
#define MAX_CODE_LEN 256
typedef struct _HuffmanNode {
char data;
int weight;
struct _HuffmanNode *left;
struct _HuffmanNode *right;
} HuffmanNode;
typedef struct _HuffmanTree {
HuffmanNode *root;
} HuffmanTree;
typedef struct _HuffmanCode {
char data;
char code[MAX_CODE_LEN];
} HuffmanCode;
```
其中,`HuffmanNode`表示Huffman树的节点,`HuffmanTree`表示Huffman树,`HuffmanCode`表示Huffman编码结果。
接下来,我们需要实现Huffman树的创建算法。这里我们使用字符出现频率作为权值,来构建Huffman树。
```c
int frequency[MAX_NODE_NUM];
void count_frequency(char *text) {
memset(frequency, 0, sizeof(frequency));
int len = strlen(text);
for (int i = 0; i < len; i++) {
frequency[(int)text[i]]++;
}
}
HuffmanNode* create_huffman_node(char data, int weight) {
HuffmanNode *node = (HuffmanNode*)malloc(sizeof(HuffmanNode));
node->data = data;
node->weight = weight;
node->left = NULL;
node->right = NULL;
return node;
}
HuffmanNode* create_huffman_tree(char *text) {
count_frequency(text);
HuffmanNode *nodes[MAX_NODE_NUM];
int node_num = 0;
for (int i = 0; i < MAX_NODE_NUM; i++) {
if (frequency[i] > 0) {
nodes[node_num++] = create_huffman_node(i, frequency[i]);
}
}
while (node_num > 1) {
int min1 = 0, min2 = 1;
if (nodes[min1]->weight > nodes[min2]->weight) {
min1 = 1;
min2 = 0;
}
for (int i = 2; i < node_num; i++) {
if (nodes[i]->weight < nodes[min1]->weight) {
min2 = min1;
min1 = i;
} else if (nodes[i]->weight < nodes[min2]->weight) {
min2 = i;
}
}
HuffmanNode *new_node = create_huffman_node('\0', nodes[min1]->weight + nodes[min2]->weight);
new_node->left = nodes[min1];
new_node->right = nodes[min2];
nodes[min1] = new_node;
nodes[min2] = nodes[--node_num];
}
return nodes[0];
}
```
上述代码中,`count_frequency`函数用于统计字符出现的频率;`create_huffman_node`函数用于创建一个Huffman树的节点;`create_huffman_tree`函数用于根据输入的文本字符串创建Huffman树。
接下来,我们需要实现Huffman编码算法。根据Huffman树的性质,每个字符的Huffman编码可以通过从根节点出发,向左走为0,向右走为1的路径得到。因此,我们可以通过递归的方式遍历整个Huffman树,记录每个字符的Huffman编码。
```c
void traverse_huffman_tree(HuffmanNode *node, char *code, int depth, HuffmanCode *huffman_codes) {
if (node->left == NULL && node->right == NULL) {
for (int i = 0; i < strlen(code); i++) {
huffman_codes[(int)node->data].code[i] = code[i];
}
return;
}
if (node->left != NULL) {
code[depth] = '0';
traverse_huffman_tree(node->left, code, depth + 1, huffman_codes);
}
if (node->right != NULL) {
code[depth] = '1';
traverse_huffman_tree(node->right, code, depth + 1, huffman_codes);
}
}
void create_huffman_codes(HuffmanNode *root, HuffmanCode *huffman_codes) {
char code[MAX_CODE_LEN];
memset(code, 0, sizeof(code));
traverse_huffman_tree(root, code, 0, huffman_codes);
}
```
上述代码中,`traverse_huffman_tree`函数用于遍历整个Huffman树,记录每个字符的Huffman编码;`create_huffman_codes`函数用于创建Huffman编码结果。
最后,我们需要实现Huffman编码和解码的函数。Huffman编码的过程比较简单,只需要根据Huffman编码表将输入的文本字符串转换成二进制编码即可。而Huffman解码的过程比较复杂,需要根据Huffman编码表和二进制编码逐个匹配,还原出原始的文本字符串。
```c
void huffman_encode(char *text, HuffmanCode *huffman_codes) {
int len = strlen(text);
for (int i = 0; i < len; i++) {
printf("%s", huffman_codes[(int)text[i]].code);
}
}
void huffman_decode(char *code, HuffmanNode *root) {
HuffmanNode *node = root;
int len = strlen(code);
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (code[i] == '0') {
node = node->left;
} else {
node = node->right;
}
if (node->left == NULL && node->right == NULL) {
printf("%c", node->data);
node = root;
}
}
}
```
上述代码中,`huffman_encode`函数用于对输入的文本字符串进行Huffman编码;`huffman_decode`函数用于对输入的二进制编码进行Huffman解码。
最后,我们可以将上述代码整合到一个完整的程序中,并进行测试。
```c
int main() {
char text[MAX_NODE_NUM];
printf("Please input a string:\n");
fgets(text, MAX_NODE_NUM, stdin);
text[strlen(text) - 1] = '\0';
HuffmanNode *root = create_huffman_tree(text);
HuffmanCode huffman_codes[MAX_NODE_NUM];
memset(huffman_codes, 0, sizeof(huffman_codes));
create_huffman_codes(root, huffman_codes);
printf("Huffman encoding:\n");
huffman_encode(text, huffman_codes);
printf("\n");
char code[MAX_NODE_NUM * MAX_CODE_LEN];
printf("Please input a binary code:\n");
fgets(code, MAX_NODE_NUM * MAX_CODE_LEN, stdin);
code[strlen(code) - 1] = '\0';
printf("Huffman decoding:\n");
huffman_decode(code, root);
printf("\n");
return 0;
}
```
这样,我们就完成了对输入的文本字符串进行Huffman编码,并将Huffman编码结果输出到屏幕上。同时,我们还实现了对某个二进制编码进行Huffman解码,并将还原出的文本字符串输出到屏幕上。
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