数据结构哈夫曼树（C语言版）
2024-06-06 15:30:14
文章目录
- 一、 问题
- 需求分析
- 代码分析
- 结构体定义使用
- 建立哈夫曼树，首先需要找到两个权值最小的两个叶子结点,然后建树
- 哈夫曼编码（我采用的是从叶子结点-->根节点，所以实际是反过来的）
- 使用哈夫曼树译码（包括文件保存）
- 全部代码（测试文件之类的在下面的链接）
- 源码及文件
- 总结
一、 问题
需求分析
此图转载于账号u014447560（深海鲸歌）
代码分析
结构体定义使用
需要定义树的结构，打印树的结构时需要用的队列
typedef struct node{char data;int weight;int parent;int lchild,rchild;int mark;
}huffmanTree;typedef struct code_N{char ch;char Bi_code[100];
}Char_coding;typedef struct queue_node{int data;struct LinkNode *next;
}LinkNode;typedef struct queue{struct queue_node* rear,*front;
}LinkQueue;
int allchar =0; //记录所有字母的个数
建立哈夫曼树，首先需要找到两个权值最小的两个叶子结点,然后建树
初始化树
void find_min(huffmanTree *tree,int max,int *firstMin,int *secMin){//查找两个最小的值int smallindex[2];for(int j = 0;j<2;j++){int temp = 9999;int count = 0;int final_index =0;for(int k = 0;k<=max;k++) {if(tree[k].mark==0){if(tree[k].weight<temp){final_index = k;temp = tree[k].weight;}}else{count++;}
// 最后一个结点if(count ==max &&j ==0){return ;}}tree[final_index].mark =1;smallindex[j] = final_index;}*firstMin = smallindex[0];*secMin =smallindex[1];}
//建树
huffmanTree * Init_huffmanTree(huffmanTree *tree,char *ch,int *weight){int all_node;int count = strlen(ch);if(strlen(ch)<0){return NULL;}all_node = 2*count -1;
// 初始化哈夫曼树tree = (huffmanTree*) malloc((all_node)*sizeof (huffmanTree));for(int i = 0;i<count;i++){tree[i].data =ch[i];tree[i].weight = weight[i];tree[i].parent =-1;tree[i].lchild=-1;tree[i].rchild =-1;tree[i].mark =0;}for(int j = count;j<all_node;j++){tree[j].data ='#';tree[j].parent =-1;tree[j].weight =-1;tree[j].parent =tree[j].rchild=tree[j].lchild =-1;tree[j].mark =0;}for(int i = count;i<all_node;i++){int fristMin,secMin;fristMin = secMin = 0;find_min(tree,i-1,&fristMin,&secMin); //找到最小索引的两个的下标tree[fristMin].parent = i;tree[secMin].parent = i;tree[i].weight = tree[fristMin].weight+tree[secMin].weight;tree[i].lchild = fristMin;tree[i].rchild = secMin;}return tree; //返回初始化的哈夫曼树
}
哈夫曼编码（我采用的是从叶子结点–>根节点，所以实际是反过来的）
Char_coding * print_huffmancode(huffmanTree *tree,Char_coding *coding){// 编码int ch_length = allchar; //总数coding = (Char_coding*) malloc(sizeof (Char_coding)*(ch_length));Char_coding s;for (int i = 0;i<ch_length;i++) {int child_curr = i;int parent_curr = tree[i].parent;int j = 0; //记录字符的索引int length_coding =0; //记录编码的长度，在最后设置\000while (parent_curr != -1) {if (tree[parent_curr].lchild == child_curr) {// 左子树设为0s.Bi_code[j] = '0';child_curr = parent_curr;parent_curr = tree[child_curr].parent;length_coding++;j++;} else {// 右子树设为1s.Bi_code[j] = '1';child_curr = parent_curr;parent_curr = tree[child_curr].parent;length_coding++;j++;}}s.ch = tree[i].data;coding[i] = s;
// 处理串的末尾coding[i].Bi_code[length_coding] ='\000';
// printf("%d %s\n",i, coding[i].Bi_code);}return coding; //返回编码好的哈夫曼编码，从叶子到根节点
}
使用哈夫曼树译码（包括文件保存）
void Decoding(Char_coding *coding,huffmanTree *tree,char *f_name,char *fp_write){// 译码FILE *fp1;FILE *fp_w;int length = allchar;fp_w = fopen(fp_write,"w+");fp1= fopen(f_name,"r");if(fp1 ==NULL){printf("译码文件不存在");}int root_index = 2*length-2;int child_root = root_index;while (!feof(fp1)){char temp = fgetc(fp1);if(temp!='\n'){if(temp == '0'){child_root = tree[child_root].lchild;
// 找到叶子结点if(tree[child_root].lchild ==-1 &&tree[child_root].rchild ==-1){// printf("%c",tree[child_root].data);fputc(tree[child_root].data,fp_w);
// 回溯到根节点child_root = root_index;}}else {if (tree[child_root].rchild != -1) {child_root = tree[child_root].rchild;if (tree[child_root].lchild == -1 && tree[child_root].rchild == -1) {// printf("%c", tree[child_root].data);fputc(tree[child_root].data,fp_w);child_root = root_index;}}}}else{continue;}}fclose(fp1);fclose(fp_w);
}
全部代码（测试文件之类的在下面的链接）
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>typedef struct node{char data;int weight;int parent;int lchild,rchild;int mark;
}huffmanTree;typedef struct code_N{char ch;char Bi_code[100];
}Char_coding;typedef struct queue_node{int data;struct LinkNode *next;
}LinkNode;typedef struct queue{struct queue_node* rear,*front;
}LinkQueue;int allchar =0; //记录所有字母的个数void find_min(huffmanTree *tree,int max,int *firstMin,int *secMin){//查找两个最小的值int smallindex[2];for(int j = 0;j<2;j++){int temp = 9999;int count = 0;int final_index =0;for(int k = 0;k<=max;k++) {if(tree[k].mark==0){if(tree[k].weight<temp){final_index = k;temp = tree[k].weight;}}else{count++;}
// 最后一个结点if(count ==max &&j ==0){return ;}}tree[final_index].mark =1;smallindex[j] = final_index;}*firstMin = smallindex[0];*secMin =smallindex[1];}Char_coding * print_huffmancode(huffmanTree *tree,Char_coding *coding){// 编码int ch_length = allchar; //总数coding = (Char_coding*) malloc(sizeof (Char_coding)*(ch_length));Char_coding s;for (int i = 0;i<ch_length;i++) {int child_curr = i;int parent_curr = tree[i].parent;int j = 0; //记录字符的索引int length_coding =0; //记录编码的长度，在最后设置\000while (parent_curr != -1) {if (tree[parent_curr].lchild == child_curr) {// 左子树设为0s.Bi_code[j] = '0';child_curr = parent_curr;parent_curr = tree[child_curr].parent;length_coding++;j++;} else {// 右子树设为1s.Bi_code[j] = '1';child_curr = parent_curr;parent_curr = tree[child_curr].parent;length_coding++;j++;}}s.ch = tree[i].data;coding[i] = s;
// 处理串的末尾coding[i].Bi_code[length_coding] ='\000';
// printf("%d %s\n",i, coding[i].Bi_code);}return coding; //返回编码好的哈夫曼编码，从叶子到根节点
}huffmanTree * Init_huffmanTree(huffmanTree *tree,char *ch,int *weight){int all_node;int count = strlen(ch);if(strlen(ch)<0){return NULL;}all_node = 2*count -1;
// 初始化哈夫曼树tree = (huffmanTree*) malloc((all_node)*sizeof (huffmanTree));for(int i = 0;i<count;i++){tree[i].data =ch[i];tree[i].weight = weight[i];tree[i].parent =-1;tree[i].lchild=-1;tree[i].rchild =-1;tree[i].mark =0;}for(int j = count;j<all_node;j++){tree[j].data ='#';tree[j].parent =-1;tree[j].weight =-1;tree[j].parent =tree[j].rchild=tree[j].lchild =-1;tree[j].mark =0;}for(int i = count;i<all_node;i++){int fristMin,secMin;fristMin = secMin = 0;find_min(tree,i-1,&fristMin,&secMin); //找到最小索引的两个的下标tree[fristMin].parent = i;tree[secMin].parent = i;tree[i].weight = tree[fristMin].weight+tree[secMin].weight;tree[i].lchild = fristMin;tree[i].rchild = secMin;}return tree; //返回初始化的哈夫曼树
}huffmanTree * Init_file_tree(huffmanTree *tree,char* fp_save){FILE *fp;fp = fopen(fp_save,"r");if(fp ==NULL){printf("初始化文件不存在:%s",fp_save);exit(0);}int count = 0;while(!feof(fp)){char temp[200];fgets(temp,200,fp);count++;}
// 根据文件进行初始化fclose(fp);tree = (huffmanTree *) malloc(sizeof (huffmanTree)*(count-1));fp = fopen(fp_save,"r");for(int i = 0;i<count-1;i++){fscanf(fp,"%c,%d,%d,%d,%d,%d\n",&tree[i].data,&tree[i].weight,&tree[i].parent,&tree[i].lchild,&tree[i].rchild,&tree[i].mark);}allchar = (count+1)/2;
// printf("%c",tree[0].data);return tree; //返回初始化的哈夫曼树
}void set_tree(huffmanTree *tree,char *file_save){int length = allchar;int node_len = 2*length -1;FILE *fp_save;fp_save = fopen(file_save,"w+");if (fp_save==NULL){printf("文件打开错误");exit(0);}for(int i = 0; i<node_len;i++){fprintf(fp_save,"%c,%d,%d,%d,%d,%d\n",tree[i].data,tree[i].weight,tree[i].parent,tree[i].lchild,tree[i].rchild,tree[i].mark);
// printf("%c %d %d %d %d\n",tree[i].data,tree[i].parent,tree[i].lchild,tree[i].rchild,tree[i].mark);}fclose(fp_save);
}void seting_file(Char_coding *coding,huffmanTree *tree,char *word,char *f_name){// 保存目标文本编码到文件int length = allchar;int char_length = strlen(word);FILE *fp;fp = fopen(f_name,"w+");if(fp==NULL){printf("文件打开错误");exit(0);}unsigned long count_line = 0;for(int i = 0;i<char_length;i++){for(int j = 0;j<length;j++){if(coding[j].ch == word[i]){for(int k =strlen(coding[j].Bi_code)-1;k>=0;k--){// printf("%c",coding[j].Bi_code[k]);fputc(coding[j].Bi_code[k],fp);
// 在写入文件时50个换行
// if((count_line+1)%50==0){// fputc('\n',fp);
// }count_line++;}break;}}}fclose(fp);
}void Decoding(Char_coding *coding,huffmanTree *tree,char *f_name,char *fp_write){// 译码FILE *fp1;FILE *fp_w;int length = allchar;fp_w = fopen(fp_write,"w+");fp1= fopen(f_name,"r");if(fp1 ==NULL){printf("译码文件不存在");}int root_index = 2*length-2;int child_root = root_index;while (!feof(fp1)){char temp = fgetc(fp1);if(temp!='\n'){if(temp == '0'){child_root = tree[child_root].lchild;
// 找到叶子结点if(tree[child_root].lchild ==-1 &&tree[child_root].rchild ==-1){// printf("%c",tree[child_root].data);fputc(tree[child_root].data,fp_w);
// 回溯到根节点child_root = root_index;}}else {if (tree[child_root].rchild != -1) {child_root = tree[child_root].rchild;if (tree[child_root].lchild == -1 && tree[child_root].rchild == -1) {// printf("%c", tree[child_root].data);fputc(tree[child_root].data,fp_w);child_root = root_index;}}}}else{continue;}}fclose(fp1);fclose(fp_w);
}//入队
void InQueue(LinkQueue *queue,int x){//生成新节点LinkNode *p = (LinkNode*) malloc(sizeof (LinkNode*));p->data = x;p->next = NULL;if(queue->front ==NULL){queue->front = queue->rear = p;}else {queue->rear->next = p;queue->rear = p;}
}
//出队列
int DeQueue(LinkQueue *queue){if(queue->front ==NULL){return 0;}LinkNode *p = queue->front;int temp = p->data; //保存出队列的值queue->front = p->next;
// free(p);return temp;
}void init_queue(LinkQueue *queue){queue->front = queue->rear =NULL;
}void traverse_tree(huffmanTree*tree){// 层次遍历LinkQueue queue;init_queue(&queue);int length = allchar;int all_node = 2*length-1;int count = all_node;int root_index = all_node-1;int ceng_index = root_index;int cennum =1;printf("下面是按照凹入表示法打印的哈夫曼树");while(count>0){for(int i = 0;i<cennum;i++){printf("-");}printf("%c\n",tree[root_index].data);count--;int l_child_index = tree[root_index].lchild;int right_index = tree[root_index].rchild;if(l_child_index!=-1){InQueue(&queue,l_child_index);}if(ceng_index == root_index){cennum++;
// printf("\n");if(l_child_index !=-1 &&right_index !=-1 ){ceng_index = right_index;}else if(l_child_index ==-1 && right_index !=-1){ceng_index = right_index;}else if(l_child_index !=-1&& right_index ==-1){ceng_index = l_child_index;}else{ceng_index = tree[tree[tree[root_index].parent].lchild].rchild;}}if(right_index!=-1){InQueue(&queue,right_index);}root_index = DeQueue(&queue);}}void showface() {printf("\n\n");printf("\t\t\t====================哈夫曼树译码系统====================\n");printf("\t\t\t* *\n");printf("\t\t\t* 1>.初始化哈夫曼树 \n");printf("\t\t\t* 2>. 编码\n");printf("\t\t\t* 3>. 译码\n");printf("\t\t\t* 4>. 打印字符编码文件信息\n");printf("\t\t\t* 5>. 打印哈夫曼树\n");printf("\t\t\t* 0>. 退出本系统\n");printf("\t\t\t* 欢迎使用本系统!\n\n");printf("\t\t\t=========================================================\n");
}huffmanTree * input_data(huffmanTree *tree){int num;printf("请输入字符总数\n");scanf("%d",&num);allchar = num;int weight[27] = {186, 64, 13, 22, 32, 103, 21,15, 47, 57 ,1 ,5, 32,20 ,57, 63, 15, 1 ,48 ,51, 80, 23 ,8, 18 ,1, 16, 1};char ch[27][2] = {' ','A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z'};tree= Init_huffmanTree(&tree,ch,&weight); //初始化哈夫曼树return tree;
}void printf_code_print(char *filename){FILE *fp;fp = fopen(filename,"r");if(fp==NULL){printf("文件不存在");exit(0);}int count=0;while(!feof(fp)){char temp = fgetc(fp);if(temp !=EOF){printf("%c",temp);}if((count+1)%50 ==0){printf("\n");}count++;}
}int main() {int button;huffmanTree *tree;char word[200];int num;Char_coding *coding;int isinit = 0;char fp_save[200] ="../save_tree.txt";char fp [200]="../codeing.txt";char fp_w [200] = "../textfile.txt";do {showface();printf("请输入相应的数字，进行相应的操作:\n");scanf("%d", &button);switch (button) {case 1:tree = input_data(&tree);set_tree(tree,fp_save);isinit =1;break;case 2:if(isinit ==0){isinit =1;tree = Init_file_tree(&tree,fp_save);}printf("请输入你想要编码的字符串\n");scanf("%s",word);coding =print_huffmancode(tree,&coding);seting_file(coding,tree,word,fp);break;case 3:if(isinit ==0){isinit =1;tree = Init_file_tree(&tree,fp_save);}Decoding(coding,tree,fp,fp_w);break;case 4:if(isinit ==0){isinit =1;tree = Init_file_tree(&tree,fp_save);}printf_code_print(fp);break;case 5:if(isinit ==0){isinit =1;tree = Init_file_tree(&tree,fp_save);}traverse_tree(tree);break;case 0:printf("即将退出.....");exit(0);default:printf("您输入的指令不正确，请重新输入");break;}printf("\n\n");} while (button);return 0;
}
源码及文件
链接：https://pan.baidu.com/s/154ub53uLrhoXN4IYwn5gUw
提取码：1314
总结
上述是哈夫曼树的编码和译码过程，本文的字母是自己已经固定了，但是基本不变，本人是菜鸡一枚，需要的可以自取，如果有问题，可以在评论区交流，或者私信我。
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