数据结构之哈夫曼编译码器（C语言版）

数据结构之哈夫曼编译码器的实现（C语言）

一枚学习编程的小白，前段时间在看数据结构，就把学到的整理一下下，有错误的地方希望大神可以指点嘻嘻嘻~

需求分析：一个完整的系统应具有以下功能

初始化： 从终端输入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存入文件hfmtree文件中。
编码: 利用已建立的哈夫曼树，对文件tobetran中的正文进行编码，然后将结果存入codefile中。
译码: 利用已建好的哈夫曼树将文件codefile中的代码进行译码，结果存入文件textfile中。
印代码文件: 将文件codefile以紧凑格式显示在终端上，每行50个代码，同时将此字符形式的编码文件写入文件codeprint中。
印哈夫曼树: 将内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint中。
测试数据：利用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“this program is my favorite”

哈夫曼树：
设有n个权值{w1,w2,……wn}，构造一棵有n个叶子结点的二叉树，每个叶子的权值为wi,则wpl最小的二叉树叫哈夫曼树。

路径： 从树中一个结点到另一个结点之间的分支构成这两个结点间的~
路径长度：路径上的分支数
树的路径长度： 从树根到每一个结点的路径长度之和
树的带权路径长度： 树中所有带权结点的路径长度之和

构造Huffman树的方法——Huffman算法
1、根据给定的n个权值{w1,w2,……wn}，构造n棵只有根结点的二叉树，令其权值为wj
2、在森林中选取两棵根结点权值最小的树作左右子树，构造一棵新的二叉树，置新二叉树根结点权值为其左右子树根结点权值之和
3、在森林中删除这两棵树，同时将新得到的二叉树加入森林中
重复上述两步，直到只含一棵树为止，这棵树即哈夫曼树
Huffman编码：

思想： 根据字符出现频率编码，使电文总长最短
编码： 根据字符出现频率构造Huffman树，然后将树中结点引向其左孩子的分支标“0”，引向其右孩子的分支标“1”；每个字符的编码即为从根到每个叶子的路径上得到的0、1序列

Huffman译码：

从Huffman树根开始，从待译码电文中逐位取码。若编码是“0”，则向左走；若编码是“1”，则向右走，一旦到达叶子结点，则译出一个字符；再重新从根出发，直到电文结束

基本知识说完之后，上代码！

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#define leafnum 27
#define hufnum 2*leafnum
#define maxdouble 9999.9//哈夫曼树节点存储结构
typedef struct tnode
{char name;double weight;int lchild,rchild,parent;
}huftree;//哈夫曼编码表结构
typedef struct cnode
{char bits[leafnum+1];int start;char ch;
}hufcode;hufcode code[leafnum+1];
huftree tree[hufnum+1];
char huffmancode[1000];
//定义全局数组来存放这些字符名称和对应频度
char ch[] = {'\0',' ','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'};
float w[] = {0,186,64,13,22,32,103,21,15,47,57,1,5,32,20,57,63,15,1,48,51,80,23,8,18,1,16,1};//建立哈夫曼树
void creattreehuffman(huftree tree[])
{int i, j, p1, p2;double least1, least2;for (i=1; i<=hufnum; i++){tree[i].name = '\0';tree[i].parent = 0;tree[i].lchild = 0;tree[i].rchild = 0;tree[i].weight = 0.0;}for (i=1; i<=leafnum; i++){tree[i].name = ch[i];tree[i].weight = w[i];}for (i=leafnum+1; i<=hufnum; i++){p1=0; p2=0; least1=least2=maxdouble;for (j=1; j<i; j++)if (tree[j].parent==0)if (tree[j].weight<least1){least2=least1;least1=tree[j].weight;p2=p1;p1=j;}else{if(tree[j].weight<least2){least2=tree[j].weight;p2=j;}}tree[p1].parent=i;tree[p2].parent=i;tree[i].lchild=p1;tree[i].rchild=p2;tree[i].weight=tree[p1].weight+tree[p2].weight;}tree[hufnum-1].parent=0;
}
// 建立哈夫曼编码
void creatcodehuffman(hufcode code[], huftree tree[])
{int i, c, p;hufcode buf;for (i=1; i<=leafnum; i++){buf.ch=ch[i];buf.start=leafnum;c=i;p=tree[i].parent;while (p != 0){buf.start--;if (tree[p].lchild==c)buf.bits[buf.start]='0';else buf.bits[buf.start]='1';c=p;p=tree[p].parent;}code[i]=buf;}
}
//哈夫曼编码
void writecodehuffman(hufcode code[], huftree tree[])
{int i, j, k, n=0;char c[100];printf("请输入字符串:\n");gets(c);printf("\n");printf("则字符串的哈夫曼编码为:\n");for(i=0;i<strlen(c);i++){for (j=1; j<=leafnum; j++)if (c[i]==tree[j].name)for(k=code[j].start; k<leafnum; k++){printf("%c", code[j].bits[k]);huffmancode[n] = code[j].bits[k];n++;}}
}
//哈夫曼译码
void transcodehuffman(hufcode code[], huftree tree[], char s[])
{int i;char *q=NULL;i=hufnum-1; q=s;while (*q!='\0'){if (*q=='0') i=tree[i].lchild;if (*q=='1') i=tree[i].rchild;if ((tree[i].lchild==0)&&(tree[i].rchild==0)){printf("%c",code[i].ch);i = hufnum - 1;}q++;}printf("\n");
}
//输出哈夫曼树
void printtreehuffman(huftree tree[])
{int i;printf("根据字符的使用概率所建立的哈夫曼数为:\n");printf( "字符序号   字符名称      字符频率    双亲位置    左孩子  右孩子\n");for (i = 1; i < hufnum; i++){printf("\t %d \t %c \t ",i,tree[i].name);printf(" %f \t %d \t %d \t %d \n", tree[i].weight,tree[i].parent,tree[i].lchild,tree[i].rchild) ; }
}
//输出每个字符的哈夫曼编码
void printcodehuffman(hufcode code[])
{int i, j;printf( "根据哈夫曼树对字符所建立的哈夫曼编码为:\n");printf( "字符序号   字符名称   字符编码 \n");for (i =1; i <= leafnum; i++){printf("\t %d \t %c ",i,code[i].ch);for(j=code[i].start;j <leafnum;j++)printf("%c",code[i].bits[j]);printf("\t \t \n");}
}
//主函数
void main()
{FILE *fp;int i;char buffer[1000];creattreehuffman(tree);printtreehuffman(tree);creatcodehuffman(code, tree);printcodehuffman(code);writecodehuffman(code, tree);if((fp=fopen("e:\\codefile.txt","w"))==NULL){printf("文件打开失败！\n");exit(0);}fprintf(fp,"哈夫曼编码为: %s",huffmancode);for(i=0;i<strlen(huffmancode);i++){buffer[i] = huffmancode[i];}printf("\n");printf( "codefile文件中的代码如下:\n" );printf( "哈夫曼编码为: %s \n\n",huffmancode );printf( "codefile文件中代码译码为:" );transcodehuffman(code, tree, buffer);
}

最后：编写实现方式有多种，小白欢迎大家批评指正

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