北邮数据结构：哈夫曼树

用类与对象C++编程

分为头文件Huffman.h

和主函数main.cpp两部分

（功能陆续添加）

类的声明：

class    Huffman
{
private:HNode*HTree;//哈夫曼树节点 HCode*HCodeTable;//存储编码表 int   N;//叶子节点数量 void code(int    i, string   newcode);//递归函数，对第i个节点编码
public:Huffman() {HTree = new  HNode;  HCodeTable = new   HCode;  N = 0;};void   CreateHTree(int a[], int    n, char name[]);//构建哈夫曼树void    CreateCodeTable();//创建编码表void   Encode(string   s, char *d);//编码 void   Decode(char *s, char    *d);//解码~Huffman();//析构函数 void  SelectMin(int   &x, int &y, int a, int  b);//辅助搜索最小值函数 void Printeach(int   retime);//打印每一个字母对应的编码
};//类的定义

两种结点的定义：

树中结点和编码中的结点：

struct   HNode
{int    weight;//结点权值int    parent;//双亲数组下标int  LChild;//左孩子数组下标    int RChild;//右孩子数组下标
};//每个结点的结构体 struct HCode
{char   data;//存储节点的内存 string   code;//存储结点对应的编码
};//记录每个节点的编码

具体代码如下：

Huffman.h

#include<iostream>
#include<algorithm>
using   namespace   std;
#define manum   0x3f3f3f3f
struct  HNode
{int    weight;//结点权值int    parent;//双亲数组下标int  LChild;//左孩子数组下标    int RChild;//右孩子数组下标
};//每个结点的结构体 struct HCode
{char   data;//存储节点的内存 string   code;//存储结点对应的编码
};//记录每个节点的编码 class Huffman
{
private:HNode*HTree;//哈夫曼树节点 HCode*HCodeTable;//存储编码表 int   N;//叶子节点数量 void code(int    i, string   newcode);//递归函数，对第i个节点编码
public:Huffman() {HTree = new  HNode;  HCodeTable = new   HCode;  N = 0;};void   CreateHTree(int a[], int    n, char name[]);//构建哈夫曼树void    CreateCodeTable();//创建编码表void   Encode(string   s, char *d,int &contro);//编码 void   Decode(char *s, char    *d);//解码~Huffman();//析构函数 void  SelectMin(int   &x, int &y, int a, int  b);//辅助搜索最小值函数 void Printeach(int   retime);//打印每一个字母对应的编码
};//类的定义/****************************类的成员函数的实现*/
//辅助函数，搜索数列中最小的两个结点值void Huffman::SelectMin(int  &x, int &y, int a, int  b)
{//cout << a << " " << b << endl;//cout << HTree[b - 1].weight << endl;int    m = manum, n = manum;//最小的两个数 for (int i = a; i < b; i++){if (HTree[i].weight < m){m = HTree[i].weight;x = i;}}for (int i = a; i < b; i++){if (HTree[i].weight < n&&i!=x){n = HTree[i].weight;y = i;}}
}//构造哈夫曼树
//a[]存储每种字符的权值，n为字符的种类,name为各个字符的内容
void    Huffman::CreateHTree(int    a[], int    n, char name[])
{N = n;HCodeTable = new   HCode[N];HTree = new   HNode[2 * N - 1];//2*n-1为总结点个数for (int i = 0; i < N; i++){HTree[i].weight = a[i];HTree[i].LChild = HTree[i].RChild = HTree[i].parent = -1;HCodeTable[i].data = name[i];}int  x, y;for (int i = n; i < 2 * N - 1; i++)//开始构建哈夫曼树{SelectMin(x, y, 0, i);//从1~i中选出两个权值最小的结点//cout << "x=" << x <<" "<<HTree[x].weight<<endl;//cout << "y=" << y <<" "<<HTree[y].weight<<endl;HTree[x].parent = HTree[y].parent = i;HTree[i].weight = HTree[x].weight + HTree[y].weight;HTree[i].LChild = x;HTree[i].RChild = y;HTree[i].parent = -1;HTree[x].weight = HTree[y].weight = manum;}
}//生成哈夫曼对应编码
void    Huffman::code(int   i, string   newcode)
{if (HTree[i].LChild == -1){HCodeTable[i].code = newcode;return;}code(HTree[i].LChild, newcode + '0');code(HTree[i].RChild, newcode + '1');
}
void    Huffman::CreateCodeTable()//生成编码表
{code(2 * N - 2, "");
}//进行编码
void    Huffman::Encode(string  s, char     *d,int &contro)
{contro = 0;int    n2 = 0;//控制s的变量 while (s[n2] != '\0'){for (int i = 0; i < N; i++){if (HCodeTable[i].data == s[n2]){int  k = 0;while (HCodeTable[i].code[k] != '\0')k++;//统计此字符对应编码的长度for (int j = 0; j < k; j++){*d = HCodeTable[i].code[j];d++;contro++;}}}n2++;}
}//进行解码
void    Huffman::Decode(char    *s, char    *d)
{while (*s != '\0'){int  parent = 2 * N - 2;//根结点在HTree的下标（有改动，原书中为2*n-2）while (HTree[parent].LChild != -1)//如果叶子结点不是根结点 {if (*s == '0')parent = HTree[parent].LChild;elseparent = HTree[parent].RChild;s++;}*d = HCodeTable[parent].data;d++;}
}//打印函数，打印每一个字符的编码
void    Huffman::Printeach(int  retime)
{cout << "每一个字符对应的编码如下：" << endl;for (int i = 0; i < retime; i++){cout << "i=" << i << " " << HCodeTable[i].data << " " << HCodeTable[i].code << endl;}
}//析构函数
Huffman::~Huffman()
{N = 0;HTree = NULL;HCodeTable = NULL;
}//5.16更新，修改vs上出现字符错乱的bug

main.cpp

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<string>
#include"Huffman.h"
using   namespace   std;
#define Size    100
string  str;
char    name[60];//字符类型（0-25为大写，30-55为小写,26为下划线）
int     Time[60];//字符的权值
char    name2[60];
int     Time2[60];
int main()
{cout << "请输入你想传递的字符串(空格用下划线代替),如想结束程序，请输入(END)" << endl;while (cin >> str){if (str == "END")break;memset(Time, 0, sizeof(Time));memset(Time2, 0, sizeof(Time2));int len = str.size();if (len > Size){cout << "数据量超过可处理范围" << endl;cout << "请输入你想传递的字符串(空格用下划线代替),如想结束程序，请输入(END)" << endl;continue;}for (int i = 0; i < len; i++){if (str[i] == '_'){Time[26]++;name[26] = '_';}if (str[i] >= 'A'&&str[i] <= 'Z'){Time[str[i] - 'A']++;name[str[i] - 'A'] = str[i];}if (str[i] >= 'a'&&str[i] <= 'z'){Time[str[i] - 'a' + 30]++;name[str[i] - 'a' + 30] = str[i];}}//录入并处理字符串 int retime = 0;//实际上出现的字符个数 for (int i = 0; i < 60; i++){if (Time[i] != 0){name2[retime] = name[i];Time2[retime] = Time[i];retime++;}}//cout << "retime=" << retime << endl;name2[retime] = '\0';//精细化两个数组//运用类完成功能 Huffman Huf;//cout << retime << endl;Huf.CreateHTree(Time2, retime, name2);Huf.CreateCodeTable();           //树和表的建立 Huf.Printeach(retime);//打印每一个字符对应的哈夫曼编码 char   *ar = new  char[Size];//编码后的字符串char    *br = new  char[Size];//解码后的字符串int contro=0;Huf.Encode(str, ar,contro);cout << "编码结果如下:" << endl;for (int i = 0; i < contro; i++)cout << *(ar + i);cout << endl;//cout << ar << endl;cout << "解码结果如下:" << endl;Huf.Decode(ar, br);for (int i = 0; i < len; i++)cout << *(br + i) ;cout << endl;cout << "定长编码需要的长度是：" << len*5 << ";" << "哈夫曼编码的长度是:" << contro << endl;cout << "原编码是新编码的" << len * 5 * 1.0 / contro <<"倍"<< endl;Huf.~Huffman();cout << endl;cout << "请输入你想传递的字符串(空格用下划线代替),如想结束程序，请输入(END)" << endl;}
}

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