哈夫曼树编译码设计过程

① 哈夫曼编码/译码器编程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define M 10000 //定义字符串最大长度
#define N 128 //定义叶子节点个数
typedef struct node //定义哈夫曼树节点结构体
{
int weight;
struct node *LChild,*RChild,*Parent; //分别指向该节点的左孩子，右孩子，和双亲节点
struct node *next; //指向建立的哈夫曼树的下一个节点
}HFMNode,*HFMTree;
typedef struct //定义哈夫曼编码的结构体
{
char ch; //存储对应的字符
char code[N+1]; //存储对应字符的编码
int start; //存储编码的起始位置
}CodeNode;int n; //存储真正叶子节点个数
void clearscreen()
{
system("cls");
}
void Open(char s[]) //打开存放字符或编码的文件，将其存入字符串数组中
{
char name[10];
FILE *fp;
int i=0;
printf("请输入要打开的文件名：");
gets(name); //要打开的文件名
if((fp=fopen(name,"rt"))==NULL)
{
printf("打开失败！\n"); //若打开失败，则直接退出
exit(1);
}
s[i++]=fgetc(fp);
while(s[i-1]!=EOF)
s[i++]=fgetc(fp);
s[i]='\0'; //存取字符串结束
fclose(fp);
}
void Save(char s[]) //保存字符或编码到文件中
{
char name[10];
FILE *fp;
printf("请输入要保存的文件名：");
gets(name);
if((fp=fopen(name,"wt"))==NULL)
{
printf("存储失败！");
exit(1);
}
fputs(s,fp);
printf("\n保存成功，文件名为:%s。\n",name);
printf("\n按回车键继续...");
getchar();
fclose(fp);} void SearchStr(char s[],char str[],int count[])
{
//查找字符串中字符的个数和每个字符出现的次数
int i,j,k=0;
for(i=0;i<N;i++) //初始化每个字符出现的次数
count[i]=0;
for(i=0;s[i];i++)
{
for(j=0;j<k;j++) //在str[]中查找是否有该字符
if(str[j]==s[i])
{
count[j]++;
break;
}
if(j==k) //在str[]中无该字符，将其存入最后一个单元
{
str[k]=s[i];
count[k++]++;
}
}
str[k]='\0'; //将字符串结尾置\0
n=k; //将实际的字符个数作为叶子节点个数存入n
}void SelectMin(HFMTree HT,int k,HFMTree *HT1,HFMTree *HT2)
{
//查找哈夫曼链表中两个权值最小的节点
int i,min;
HFMTree p;
min=32767;
for(i=0,p=HT;i<k;i++,p=p->next)
if(p->weight<min&&p->Parent==0)
{
min=p->weight;
*HT1=p;
}
min=32767;
for(i=0,p=HT;i<k;i++,p=p->next)
if(p->weight<min&&p->Parent==0&&p!=*HT1) //令第二个最小的节点不等于第一个节点
{
min=p->weight;
*HT2=p;
}}
void CreatHFMTree(HFMTree *HT,int count[])
{
//创建哈夫曼树
int i;
HFMTree p,HT1,HT2; //HT1，HT2分别存放权值最小和次小的节点的位置
p=*HT=(HFMTree)malloc(sizeof(HFMNode));
p->next=p->LChild=p->RChild=p->Parent=NULL; //初始化哈夫曼链表且有2n-1个节点
for(i=1;i<2*n-1;i++)
{
p->next=(HFMTree)malloc(sizeof(HFMNode));
p=p->next;
p->next=p->LChild=p->RChild=p->Parent=NULL;
}for(i=0,p=*HT;i<n;i++) //将各个字符出现的次数作为权值
{ //存入哈夫曼链表的前n个单元中
p->weight=count[i];
p=p->next;
}for(i=n;i<2*n-1;i++) //将后n-1个节点赋权值，建树
{
SelectMin(*HT,i,&HT1,&HT2); //每次从前i个节点中选取权值最小的两个节点
HT1->Parent=HT2->Parent=p;
p->LChild=HT1;
p->RChild=HT2;
p->weight=HT1->weight+HT2->weight; //将两个节点的权值相加存入最后一个节点中
p=p->next; //p指向下一个没有存储权值的节点
}}
void HFMCode(HFMTree HT,CodeNode HC[],char str[])
{
//从每个叶子节点开始，利用哈夫曼树对每个字符进行编码，最终建立一个哈夫曼表
int i;
HFMTree q,p=HT;
for(i=0;i<n;i++) //将字符存入哈夫曼编码结构体数组的字符单元中
{
HC[i].ch=str[i];
HC[i].code[n-1]='\0'; //初始化编码的最后一位
}
for(i=0;i<n;i++)
{
HC[i].start=n-1;
for(q=p;q->Parent;q=q->Parent) //判断q所指向的节点，左孩子置0，右孩子置1
if(q==q->Parent->LChild)
HC[i].code[--HC[i].start]='0';
else HC[i].code[--HC[i].start]='1';
p=p->next; //判断下一个叶子节点
}
}
void TotalCoding(char s[],CodeNode HC[],char code[])
{
//利用哈夫曼编码表对整个字符串进行编码
int i,j;
code[0]='\0'; //编码数组初始化
for(i=0;s[i];i++) //将每个字符在哈夫曼编码表中对应的编码存入存放总编码的数组中
for(j=0;j<n;j++)
if(s[i]==HC[j].ch)
strcpy(code+strlen(code),HC[j].code+HC[j].start);
}void DeCoding(char code[],HFMTree HT,char str[],char s[])
{
//对哈夫曼编码进行解码，放入字符串s中
int i,j,k=0;
HFMTree root,p,q;
for(root=HT;root->Parent;root=root->Parent); //用root指向哈夫曼树的根结点
for(i=0,p=root;code[i];i++) //从根结点开始按编码顺序访问树
{
if(code[i]=='0')
p=p->LChild;
else p=p->RChild;
if(p->LChild==NULL&&p->RChild==NULL) //到根节点时将该节点对应的字符输出
{
for(j=0,q=HT;q!=p;q=q->next,j++);
s[k++]=str[j];
p=root; //回溯到根结点
}
}
s[k]='\0'; //解码完毕，在字符串最后一个单元存入'\0'
}
void Coding(char s[],char str[],char code[],int count[],HFMTree *HT,CodeNode HC[])
{
clearscreen();
printf("\n打开存放字符串的文件...\n\n");
Open(s); //打开源码文件
SearchStr(s,str,count); //查找字符串中不同的字符及其出现的次数
CreatHFMTree(HT,count); //用每个字符出现的次数作为叶子节点的权值建立哈夫曼树
HFMCode(*HT,HC,str); //利用哈夫曼树对每个叶子节点进行编码，存入编码表中
TotalCoding(s,HC,code); //利用编码表对字符串进行最终编码
printf("\n读入的字符串为:\n");
puts(s);
printf("\n最终的哈夫曼编码是:\n");
puts(code);
printf("\n保存编码,");
Save(code); //保存最终的哈夫曼编码
}
void TransCode(char code[],char str[],char ss[],HFMTree *HT,CodeNode HC[])
{
clearscreen();
printf("\n打开编码的文件...\n\n");
Open(code); //打开编码文件
DeCoding(code,*HT,str,ss); //将编码进行解码存入字符串数组ss[]中
printf("\n得到的最终字符串为:\n");
puts(ss);
printf("\n保存译码，");
Save(ss); //保存译码后的字符串
}void main()
{
//主函数
char s[M],ss[M]; //定义字符串数组，s[]存放将要编码的字符串，ss[]存解码后的字符串
char str[N]; //存放输入的字符串中n个不同的字符
int count[N]; //存放n个不同字符对应的在原字符串中出现的次数
char code[M]; //存放最终编码完成后的编码
char choice;
HFMTree HT; //定义一个哈夫曼树的链表
CodeNode HC[N]; //定义一个哈夫曼编码表的数组，存放每个字符对应的哈夫曼编码
do
{
clearscreen();
printf("\n\n");
printf(" ************哈夫曼树************\n");
printf(" ** **\n");
printf(" ** 1.编码。 **\n");
printf(" ** 2.译码。 **\n");
printf(" ** 0.退出。 **\n");
printf(" ** **\n");
printf(" ** **\n");
printf(" ** **\n");
printf(" ** 请输入相应操作的序号(0-2) **\n");
printf(" ********************************\n");
scanf("%c",&choice);
getchar();
switch(choice)
{
case '1': Coding(s,str,code,count,&HT,HC);break; //对字符串进行编码
case '2': TransCode(code,str,ss,&HT,HC);break; //对编码进行解码
case '0': break;
default : printf(" 输入错误！请重新输入！\n");
}
}while(choice!='0');
}

② 哈夫曼编码的译码过程的大致思路是什么（不要代码）

哈夫曼树和字符编码对应你都弄完了，得到是如a :01 b :101对应关系，通过这个关系直接将像“asdsdfdfg”直接转换为“01110101”这样二进制编码。译码的时候，读取二进制编码，先读取一位，然后在关系表中查找该二进制数对应的字符，如果没有找到，继续读取二位，然后继续在关系表中查找该二位二进制对应的字符。如此循环，知道找到字符位置，然后将二进制数替换为相应的字符，知道所有的数都替换完为止。

③ 哈夫曼树编码与译码

#define INT_MAX 10000
#define ENCODING_LENGTH 1000
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "malloc.h"
typedef enum{none,left_child,right_child} Which;//标记是左孩子还是右孩子
typedef char Elemtype;
typedef struct TNode{
Elemtype letter;
int weight;
int parent;
Which sigh;
char *code;
}HTNode,*HuffmanTree;
int n;
char coding[50];//储存代码
char str[ENCODING_LENGTH];//保存要翻译的句子
void InitTreeNode(HuffmanTree &HT){//初始前N个结点,后M-N个结点置空
int i;int w;char c;
int m=2*n-1;
HuffmanTree p;
HT=(HuffmanTree)malloc((m)*sizeof(HTNode));
printf("input %d database letter and weight",n);
p=HT;
getchar();
for (i=1;i<=n;i++){
scanf("%c%d",&c,&w);
p->code='\0';
p->letter=c;
p->parent=0;
p->sigh=none;
p->weight=w;
p++;
getchar();
}
for (;i<=m;i++,p++){
p->code='\0';
p->letter=' ';
p->parent=0;
p->sigh=none;
p->weight=0;
}
}//INITTREENODE
void Select(HuffmanTree HT,int end,int *s1,int *s2){//在0~END之间,找出最小和次小的两个结点序号,返回S1,S2
int i;
int min1=INT_MAX;
int min2;
for (i=0;i<=end;i++){//找最小的结点序号
if (HT[i].parent==0&&HT[i].weight<min1){
*s1=i;
min1=HT[i].weight;
}
}
min2=INT_MAX;
for(i=0;i<=end;i++){//找次小结点的序号
if (HT[i].parent==0&&(*s1!=i)&&min2>HT[i].weight){
*s2=i;
min2=HT[i].weight;
}
}
}
void HuffmanTreeCreat(HuffmanTree &HT){//建立HUFFMAN树
int i;int m=2*n-1;
int s1,s2;
for(i=n;i<m;i++){
Select(HT,i-1,&s1,&s2);
HT[s1].parent=i;
HT[s2].parent=i;
HT[s1].sigh=left_child;
HT[s2].sigh=right_child;
HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;
}
}

void HuffmanTreeCode(HuffmanTree HT){//HUFFMAN译码
int i;
char *temp;
temp=(char *)malloc(n*sizeof(char));
temp[n-1]='\0';
int p;int s;
for (i=0;i<n;i++){
p=i;
s=n-1;
while (HT[p].parent!=0){//从结点回溯,左孩子为0,右孩子为1
if (HT[p].sigh==left_child)
temp[--s]='0';
else if (HT[p].sigh==right_child)
temp[--s]='1';
p=HT[p].parent;
}
HT[i].code=(char *)malloc((n-s)*sizeof(char));//分配结点码长度的内存空间
strcpy(HT[i].code,temp+s);
printf("%s\n",HT[i].code);
}
}
void GetCodingSen(char *sencence){//输入要编码的句子
int l;
gets(sencence);
l=strlen(sencence);
sencence[l]='\0';
}
void HuffmanTreeEncoding(char sen[],HuffmanTree HT){//将句子进行编码
int i=0;int j;
while(sen[i]!='\0'){
for(j=0;j<n;j++){
if (HT[j].letter==sen[i]) //字母吻合则用代码取代
{strcat(coding,HT[j].code);
break;
}
}
i++;
if (sen[i]==32) i++;
}
printf("\n%s",coding);
}
void HuffmanTreeDecoding(HuffmanTree HT,char code[]){//HUFFMAN译码过程,将代码翻译为句子
char sen[100];
char temp[50];
char voidstr[]=" ";
int i;int j;
int t=0;int s=0;
for(i=0;i<strlen(code);i++){
temp[t++]=code[i];
for(j=0;j<n;j++){
if (strcmp(HT[j].code,temp)==0){//代码段吻合
sen[s]=HT[j].letter;s++;
strcpy(temp,voidstr);//将TEMP置空
t=0;
break;
}
}
}
printf("\n%s",sen);
}

void main(){
HTNode hnode;
HuffmanTree huff;
huff=&hnode;
printf("input the letter for coding number\n");
scanf("%d",&n);
InitTreeNode(huff);
HuffmanTreeCreat(huff);
HuffmanTreeCode(huff);
GetCodingSen(str);
HuffmanTreeEncoding(str,huff);
HuffmanTreeDecoding(huff,coding);

④ 哈夫曼树的建立、编解码

typedef struct{
int weight;
int flag;
int parent;
int leftchild;
int rightchild;
} haffnode;
typedef struct
{
int bit[MAXN];
int start;
int weight;
}code;
void haffman(int weight[],int n,haffnode hafftree[])
{
int i,j,m1,m2,x1,x2;
for(i=0;i<2*n-1;i++)
{
if(i<n)hafftree[i].weight=weight[i];
else hafftree[i].weight=0;
hafftree[i].parent=-1;
hafftree[i].flag=0;
hafftree[i].leftchild=-1;
hafftree[i].rightchild=-1;
}
for(i=0;i<n-1;i++)
{
m1=m2=maxvalue;
x1=x2=0;
for(j=0;j<n+i;j++)
{
if(hafftree[j].weight<m1&&hafftree[j].flag==0)
{
m2=m1;
x2=x1;
m1=hafftree[j].weight;
x1=j;
}
else if(hafftree[j].weight<m2&&hafftree[j].flag==0)
{
m2=hafftree[j].weight;
x2=j;
}
}
hafftree[x1].parent=n+i;
hafftree[x2].parent=n+i;
hafftree[x1].flag=1;
hafftree[x2].flag=1;
hafftree[n+i].weight=hafftree[x1].weight+hafftree[x2].weight;
hafftree[n+i].leftchild=x1;
hafftree[n+i].rightchild=x2;
}
}

⑤ 哈夫曼编码与译码

什么叫N—S流程图？

#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>

int m,s1,s2;

typedef struct {
unsigned int weight;
unsigned int parent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree; //动态分配数组存储哈夫曼树
typedef char *HuffmanCode; //动态分配数组存储哈夫曼编码表

void Select(HuffmanTree HT,int n) {
int i,j;
for(i = 1;i <= n;i++)
if(!HT[i].parent){s1 = i;break;}
for(j = i+1;j <= n;j++)
if(!HT[j].parent){s2 = j;break;}
for(i = 1;i <= n;i++)
if((HT[s1].weight>HT[i].weight)&&(!HT[i].parent)&&(s2!=i))s1=i;
for(j = 1;j <= n;j++)
if((HT[s2].weight>HT[j].weight)&&(!HT[j].parent)&&(s1!=j))s2=j;
}

void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT, HuffmanCode HC[], int *w, int n) {
// 算法6.13
// w存放n个字符的权值(均>0)，构造哈夫曼树HT，
// 并求出n个字符的哈夫曼编码HC
int i, j;
char *cd;
int p;
int cdlen;

if (n<=1) return;
m = 2 * n - 1;
HT = (HuffmanTree)malloc((m+1) * sizeof(HTNode)); // 0号单元未用
for (i=1; i<=n; i++) { //初始化
HT[i].weight=w[i-1];
HT[i].parent=0;
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
}
for (i=n+1; i<=m; i++) { //初始化
HT[i].weight=0;
HT[i].parent=0;
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
}
puts("\n哈夫曼树的构造过程如下所示：");
printf("HT初态:\n 结点 weight parent lchild rchild");
for (i=1; i<=m; i++)
printf("\n%4d%8d%8d%8d%8d",i,HT[i].weight,
HT[i].parent,HT[i].lchild, HT[i].rchild);
printf(" 按任意键，继续 ...");
getchar();
for (i=n+1; i<=m; i++) { // 建哈夫曼树
// 在HT[1..i-1]中选择parent为0且weight最小的两个结点，
// 其序号分别为s1和s2。
Select(HT, i-1);
HT[s1].parent = i; HT[s2].parent = i;
HT[i].lchild = s1; HT[i].rchild = s2;
HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;
printf("\nselect: s1=%d s2=%d\n", s1, s2);
printf(" 结点 weight parent lchild rchild");
for (j=1; j<=i; j++)
printf("\n%4d%8d%8d%8d%8d",j,HT[j].weight,
HT[j].parent,HT[j].lchild, HT[j].rchild);
printf(" 按任意键，继续 ...");
getchar();
}

//------无栈非递归遍历哈夫曼树，求哈夫曼编码
cd = (char *)malloc(n*sizeof(char)); // 分配求编码的工作空间
p = m; cdlen = 0;
for (i=1; i<=m; ++i) // 遍历哈夫曼树时用作结点状态标志
HT[i].weight = 0;
while (p) {
if (HT[p].weight==0) { // 向左
HT[p].weight = 1;
if (HT[p].lchild != 0) { p = HT[p].lchild; cd[cdlen++] ='0'; }
else if (HT[p].rchild == 0) { // 登记叶子结点的字符的编码
HC[p] = (char *)malloc((cdlen+1) * sizeof(char));
cd[cdlen] ='\0'; strcpy(HC[p], cd); // 复制编码(串)
}
} else if (HT[p].weight==1) { // 向右
HT[p].weight = 2;
if (HT[p].rchild != 0) { p = HT[p].rchild; cd[cdlen++] ='1'; }
} else { // HT[p].weight==2，退回退到父结点，编码长度减1
HT[p].weight = 0; p = HT[p].parent; --cdlen;
}
}
} // HuffmanCoding
void main() {
HuffmanTree HT;HuffmanCode *HC;int *w,n,i;
puts("输入结点数:");
scanf("%d",&n);
HC = (HuffmanCode *)malloc(n*sizeof(HuffmanCode));
w = (int *)malloc(n*sizeof(int));
printf("输入%d个结点的权值\n",n);
for(i = 0;i < n;i++)
scanf("%d",&w[i]);
HuffmanCoding(HT,HC,w,n);
puts("\n各结点的哈夫曼编码:");
for(i = 1;i <= n;i++)
printf("%2d(%4d):%s\n",i,w[i-1],HC[i]);
getchar();
}

⑥ 哈夫曼树及哈夫曼编码译码的实现（根据程序画流程图及对每句程序注释）

这是以前写的，可是我不想加注释了，Huffman编码其实原理很简单的，你自己好好学下吧，一句一句注释也太夸张了啊。

#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>

int m,s1,s2;

typedef struct {
unsigned int weight;
unsigned int parent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;

typedef char ** HuffmanCode;

void Select(HuffmanTree HT,int n)
{
int i,j;
for(i=1;i<=n;i++)
if(HT[i].parent==0)
{s1=i;
break;
}
for(j=i+1;j<=n;j++)
if(HT[j].parent==0)
{
s2=j;
break;
}
for(i=1;i<=n;i++)
{
if(HT[i].parent==0)
if(HT[s1].weight>HT[i].weight)
if(s2!=i)
s1=i;
}
for(j=1;j<=n;j++)
{
if(HT[j].parent==0)
if(HT[s2].weight>HT[j].weight)
if(s1!=j)
s2=j;
}
if(s1>s2)
{
int temp=s1;
s1=s2;
s2=temp;
}
}

void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, int *w, int n)
{
int i,j;
char *cd;
int p;
int cdlen;
if (n<=1) return;
m = 2 * n - 1;
HT = (HuffmanTree)malloc((m+1) * sizeof(HTNode));
for (i=1; i<=n; i++)
{
HT[i].weight=w[i-1];
HT[i].parent=0;
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
}
for (i=n+1; i<=m; i++)
{
HT[i].weight=0;
HT[i].parent=0;
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
}

//添加查看，便于调试
printf("构造过程显示：\n");
for(i=1;i<=m;i++)
printf("%4d%4d%4d%4d%4d\n",i,HT[i].weight, HT[i].parent,HT[i].lchild, HT[i].rchild);
system("pause");

for(i=n+1;i<=m;i++)
{
Select(HT,i-1);
HT[s1].parent = i; HT[s2].parent = i;
HT[i].lchild = s1; HT[i].rchild = s2;
HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;
//添加查看，便于调试
/*printf("s1=%d,s2=%d\n",s1,s2);
for(j=1;j<=i;j++)
printf("%d%4d%4d%4d",j,HT[j].weight,HT[j].parent,HT[j].lchild, HT[j].rchild);
system("pause");
*/
}
cd = (char *)malloc(n*sizeof(char));
p=m;
cdlen=0;
for(i=1;i<=m;i++)
HT[i].weight=0;
while(p)
{
if(HT[p].weight==0)
{
HT[p].weight=1;
if(HT[p].lchild!=0)
{
p=HT[p].lchild;
cd[cdlen++]='0';
}
else if(HT[p].rchild==0)
{
HC[p]=(char *)malloc((cdlen+1)*sizeof(char));
cd[cdlen]='\0';
strcpy(HC[p],cd);
}
}
else if(HT[p].weight==1)
{
HT[p].weight=2;
if(HT[p].rchild!=0)
{
p=HT[p].rchild;
cd[cdlen++]='1';
}
}
else
{
HT[p].weight=0;
p=HT[p].parent;
--cdlen;
}
}

}

int main()
{
HuffmanTree HT;
HuffmanCode HC;
int *w,n,i;
printf("请输入节点数：\n");
scanf("%d",&n);
HC = (HuffmanCode)malloc(n*sizeof(HuffmanCode));
w=(int *)malloc(n*sizeof(int));
printf("请输入节点的权值：\n");
for(i=0;i<n;i++)
scanf("%d",&w[i]);
HuffmanCoding(HT,HC,w,n);
printf("输出编码：\n");
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%2d(%4d):%s\n",i,w[i-1],HC[i]);
return 0;
system("pause");
}