对文件进行哈夫曼编码压缩与译码的C++实现以及压缩率计算 —

哈夫曼编码压缩原理：由于每个字符在内存中都是以ASCII码进行存储，所以每个字符都占用了八个01位，利用哈夫曼树对每个字符进行01编码，根据字符在文章中出现的频率调整01串长度，出现频率高的字符在哈夫曼树中的权重大，编码后01串短，从而使得最终计算出的平均编码长度小于8，在本代码中平均编码长度约为4.72，压缩率约为59%，从而达到压缩文本的目的。

// HuffmanEncode.cpp: 定义控制台应用程序的入口点。
//#include "stdafx.h"
#include<string>
int length;  //文章长度
//定义结构体统计单个字符出现次数
struct Char_Frequency
{char c;int Frequency;
};
Char_Frequency a[10000];   //建立结构体数组 存储每个字符的出现次数/*从文本文件中统计各字符出现次数*/
void Char_Probability_Fromfile(FILE *fp)
{length = 0;for (int i = 0; i < 100; i++)   //对结构体数组初始化{a[i].c = NULL;a[i].Frequency = 0;}char ch;while (fscanf(fp, "%c", &ch) == 1){length++;int i = 0, flag = 0;while (a[i].c != NULL){if (a[i].c == ch){a[i].Frequency++;flag = 1;}i++;}if (!flag){a[i].c = ch;a[i].Frequency = 1;}}}
/*哈夫曼树存储结构*/
typedef struct {int weight;char c;int lchild;int rchild;int parent;
}HTNODE;
typedef HTNODE HuffmanT[10000];
HuffmanT T;
/*初始化哈夫曼树*/
void InitHT()
{for (int i = 0; i < 100; i++){T[i].c = NULL;T[i].lchild = -1;T[i].rchild = -1;T[i].parent = -1;T[i].weight = NULL;}
}
/*为哈夫曼树加载权值*/
void InputW(int n)
{for (int i = 0; i < n; i++){T[i].c = a[i].c;T[i].weight = a[i].Frequency;}for (int i = 0; i < n; i++){printf("权重初始为：%c %ld\n", T[i].c, T[i].weight);}
}
/*找到两个最小权值节点*/
void SelectMin(int n, int *p1, int *p2)
{int i, j;for (i = 0; i < n; i++){if (T[i].parent == -1){*p1 = i;break;}}for (j = i + 1; j < n; j++){if (T[j].parent == -1){*p2 = j;break;}}for (i = 0; i < n; i++){if ((T[*p1].weight > T[i].weight) && (T[i].parent == -1) && (*p2 != i))*p1 = i;}for (j = 0; j < n; j++){if ((T[*p2].weight > T[j].weight) && (T[j].parent == -1) && (*p1 != j))*p2 = j;}
}
/*哈夫曼树构造算法,n为有权值的节点个数*/
void CreateHT(int n)
{int i, p1, p2;InitHT();InputW(n);for (i = n; i < 2 * n; i++){SelectMin(i, &p1, &p2);T[p1].parent = T[p2].parent = i;T[i].lchild = p1;T[i].rchild = p2;T[i].weight = T[p1].weight + T[p2].weight;}}
/*哈夫曼编码表的存储结构*/
typedef struct {char ch;char bits[1000];
}CodeNode;
typedef CodeNode HuffmanCode[100000];
HuffmanCode H;
/*哈夫曼编码算法实现*/
void CharSetHuffmanEncoding(int n)
{int c, p, i;char cd[10000];int start;cd[n] = '\0';for (i = 0; i < n; i++){H[i].ch = T[i].c;start = n;c = i;while ((p = T[c].parent) >0){cd[--start] = (T[p].lchild == c) ? '0' : '1';c = p;}strcpy(H[i].bits, &cd[start]);}
}
char copy[100000000];
/*编码写入文件*/
void Encode(int n)
{FILE *fp = fopen("D:\\test2.txt", "r");FILE *fp2 = fopen("D:\\test2w.txt", "w");char ch;while (fscanf(fp, "%c", &ch) == 1){for (int i = 0; i < n; i++){if (H[i].ch == ch){fprintf(fp2, "%s", H[i].bits);strcat(copy, H[i].bits);}}}
}
/*解码写入文件*/
void Decode(int n)
{FILE *fp = fopen("D:\\decode.txt", "w");int root,p, i, j = 0;p = root = 2 * n - 1;for (i = 0; i < strlen(copy); i++){if (copy[i] == '0'){p = T[p].lchild;}else if (copy[i] == '1'){p = T[p].rchild;}if (T[p].lchild == -1 && T[p].rchild == -1){fprintf(fp, "%c", T[p].c);p = root;}}}
/*求压缩率*/
void Encode_Rate(int n)
{float WPL=0;for (int i = 0; i < n; i++){WPL += (float)strlen(H[i].bits)*((float)((float)a[i].Frequency / (float)length));}printf("压缩率为:    %f\n", WPL/8.00);}int main()
{FILE *fp = fopen("D:\\test2.txt", "r");Char_Probability_Fromfile(fp);int i = 0;while (a[i].c != NULL){printf("%c %d      %d", a[i].c, a[i].c, a[i].Frequency);printf("\n");i++;}printf("i为：%d\n", i);CreateHT(i);int n = 0;while (T[n].weight != NULL){printf("序号：%d  %c 权重：%d  父母：%d 左儿子：%d  右儿子：%d \n", n, T[n].c, T[n].weight, T[n].parent, T[n].lchild, T[n].rchild);n++;}printf("-------\n");CharSetHuffmanEncoding(i);n = 0;Encode(i);Decode(i);printf("\n");Encode_Rate(i);return 0;
}

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