C++——赫夫曼编码-译码器(Huffman Coding)

基本概念

哈夫曼编码(Huffman Coding)：又称霍夫曼编码、赫夫曼编码-，是一种编码方式，哈夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种。Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫做Huffman编码（有时也称为霍夫曼编码）。

源代码

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cstdlib>using namespace std;typedef struct
{char letter, *code;int weight;int parent, lchild, rchild;
} HTNode, *HuffmanTree;
//char a[28]=" ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";//存字符
char a[100];
int b[100];//存权值
int n=0;//字符个数
char code[100];//存输入的二进制代码。
void CreateHuffmanTree(HuffmanTree &HT, char t[], int w[])
{int m, s1, s2;m=2*n-1; //总共需要2n－1个节点HT=new HTNode[m+1];//开辟空间for(int i=0; i<n; i++)//给叶子结点赋值。{HT[i].letter=t[i];HT[i].weight=w[i];}for(int i=0; i<=m; i++)//初始化所有结点的父节点，左孩子、右孩子都为0.{HT[i].code='\0';HT[i].parent=HT[i].lchild=HT[i].rchild=-1;}for(int i=n; i<m; i++)//处理每个非叶子结点{int min1,min2;min1=min2=9999;s1=s2=-1;for(int k=0; k<=i-1; k++) //找到两个权值最小的结点作为左右子树的根节点构造新的二叉树。{if(HT[k].parent==-1)//只在尚未构造成二叉树的结点中查找。{if(HT[k].weight<min1){min2=min1;s2=s1;min1=HT[k].weight;s1=k;}else if(HT[k].weight<min2){min2=HT[k].weight;s2=k;}}}HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i;//将他们两个的父节点设置为 i;HT[i].lchild=s1;HT[i].rchild=s2;//把这两个分别当作 结点i 的左右孩子。HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;//他们两个的双亲为他们两个的和。HT[i].letter='#';}
}
void CreatHuffmanCode(HuffmanTree HT)//编码。
{FILE *fp;int start, c, f;int i;char *cd=new char [n];cd[n-1]='\0';if((fp=fopen("OutMa.txt","w"))==NULL)  //输出哈夫曼编码到文件{printf("打开输出文件失败。\n");exit(0);}fprintf(fp,"每个字符对应的哈夫曼编码:\n");cout<<endl<<"每个字符对应的哈夫曼编码为："<<endl;for(i=0; i<n; i++){start=n-1;c=i;f=HT[i].parent;while(f!=-1){start--;if(HT[f].lchild==c){cd[start]='0';}else{cd[start]='1';}c=f;f=HT[f].parent;}HT[i].code=new char[n-start];strcpy(HT[i].code,&cd[start]);cout<<HT[i].letter<<"： "<<HT[i].code<<endl;fprintf(fp,"%c  %s\n",HT[i].letter,HT[i].code);}fprintf(fp,"编码完成！\n");fclose(fp);delete cd;
}void ReadData()//从文件中读取权值
{FILE *fp1;if(NULL== (fp1=fopen("data.txt","r"))){cout<<"error"<<endl;exit(1);}int i=0;while(fscanf(fp1,"%c%d",&a[i],&b[i])!=EOF)n++,i++;n--;
//        memset(b,0,sizeof(b));
//        char k;
//        n=27;
//        while(fscanf(fp1,"%c",&k)!=EOF)
//        {
//            for(int i=0;i<27;i++)
//            {
//                if(k==a[i])
//                b[i]++;
//            }
//        }fclose(fp1);cout<<"各个数据及其对应权值为："<<endl;for(int i=0; i<n; i++){cout<<a[i]<<":"<<b[i]<<"      ";if(i&&(i+1)%3==0)cout<<endl<<endl;}
}void Yima(HuffmanTree HT,char cod[],int b)           //译码
{FILE *fp;if((fp=fopen("Translate.txt","w"))==NULL){cout<<"打开翻译文件失败。"<<endl;exit(0);}char sen[100];char temp[50];char blank[]=" ";       //空白字符串int t=0;int s=0;int xx=0;for(int i=0; i<b; i++){temp[t++]=cod[i];     //读取字符temp[t] = '\0';for(int j=0; j<n; j++)       //依次与所有字符编码开始匹配{if (!strcmp(HT[j].code,temp))                 //匹配成功{sen[s]=HT[j].letter;    //将字符保存到sen中s++;xx+=t;//用于寻找出错的位数，如果有某一位没有匹配则记录下来。strcpy(temp,blank);t=0;break;}}}if(t==0)      //t如果被置空了，表示都匹配出来了，打印译码{sen[s]='\0';cout<<"译码为:"<<endl<<sen<<endl;fprintf(fp,"%s",sen);fclose(fp);}else                              //t如果没有被置空 ， 源码无法被完全匹配{cout<<"二进制源码有错,不存在此编码，从第"<<xx+1<<"位开始"<<endl;}
}
void InCode(HuffmanTree HT)
{cout<<"译码："<<endl;int x,k,symbol;char p;while(1){cout<<"请输入要译码的二进制字符串,输入'#'结束："<<endl;x=1;//判断是否有非法字符只能是0 1k=0;//作为循环变量来使code【k】=输入的字符symbol=1;//判断是否输入结束while(symbol)//输入二进制代码。{cin>>p;if(p!='1'&&p!='0'&&p!='#')  //若存在其它字符，x设为0，表示输入的不是二进制数。{x=0;}code[k]=p;k++;if(p=='#')symbol=0;  //#号结束标志}if(x==1)Yima(HT,code,k-1);        //进行译码else{cout<<"有非法字符！"<<endl;}cout<<"输入Y继续进行编码，其他任意键退出译码:"<<endl;cin>>p;if(p=='y'||p=='Y')continue;elsebreak;}
}
void PrintHF1(HuffmanTree HT,int k,string ss)
{ss+="    ";if(HT[k].lchild==-1||HT[k].rchild==-1){cout<<ss;cout<<HT[k].letter<<endl;return;}PrintHF1(HT,HT[k].rchild,ss);cout<<ss;cout<<HT[k].weight<<endl;PrintHF1(HT,HT[k].lchild,ss);
}
void PrintHF2(HuffmanTree HT,int k)
{if(HT){if(HT[k].letter=='#')cout<<HT[k].weight;elsecout<<HT[k].letter;if(HT[k].lchild!=-1||HT[k].rchild!=-1){cout<<"(";PrintHF2(HT,HT[k].lchild);cout<<",";PrintHF2(HT,HT[k].rchild);cout<<")";}}
}void menu()
{cout<<endl<<endl<<endl<<endl; cout<<"                                          哈夫曼编码/译码器                     "<<endl;cout<<"                    ************************************************************"<<endl;cout<<"                    *                                                          *"<<endl;cout<<"                    *             请输入以下数字选择功能                       *"<<endl;cout<<"                    *                                                          *"<<endl;cout<<"                    *   1:从文件中读取数据                                     *"<<endl;cout<<"                    *   2:建立哈夫曼树                                         *"<<endl;cout<<"                    *   3:显示哈夫曼树                                         *"<<endl;cout<<"                    *   4:对哈夫曼树进行编码                                   *"<<endl;cout<<"                    *   5:对输入代码进行译码                                   *"<<endl;cout<<"                    *   输入其他字符退出系统                                   *"<<endl;cout<<"                    *                                                          *"<<endl;cout<<"                    ************************************************************"<<endl<<"                    请输入数字：";
}int main()
{char m;HuffmanTree HT;int p=2*n-1;while(m!=5){menu();cin>>m;if(m=='1'){system("cls");ReadData();//从文件中读取数据。cout<<"读入数据成功！"<<endl<<"继续输入数字选择功能："<<endl;}else if(m=='2'){system("cls");CreateHuffmanTree(HT, a, b);//建立哈夫曼树。cout<<"建立哈夫曼树成功！"<<endl<<"继续输入数字选择功能："<<endl;}else if(m=='4'){system("cls");CreatHuffmanCode(HT);//对哈夫曼树进行编码。cout<<"哈夫曼编码成功！可打开OutMa.txt查看。"<<endl<<"继续输入数字选择功能："<<endl;}else if(m=='5'){system("cls");InCode(HT);//对输入代码进行译码。cout<<"译码结果同时存入Translate.txt文件，可打开查看"<<endl<<"输入6退出系统。"<<endl;}else if(m=='3'){system("cls");int i=0;while(i>=0)//找到根节点{if(HT[i].parent==-1)break;else{i++;continue;}}cout<<"凹入法显示哈夫曼树:"<<endl;string ss="";PrintHF1(HT,i,ss);cout<<"括号法显示哈夫曼树："<<endl;PrintHF2(HT,i);cout<<endl<<"继续输入数字选择功能："<<endl;}elsebreak;}return 0;
}

测试数据

data.txt

 186A64B13C22D32E103F21G15H47I57J1K5L32M20N57O63P15Q1R48S51T80U23V8W18X1Y16Z1

参考文章

https://blog.csdn.net/Wood_Du/article/details/80366094

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