哈夫曼的c語言實(shí)現(xiàn)代碼

2020-01-26 15:57:24

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供稿：網(wǎng)友

我們設(shè)置一個結(jié)構(gòu)數(shù)組 HuffNode 保存哈夫曼樹中各結(jié)點(diǎn)的信息。根據(jù)二叉樹的性質(zhì)可知，具有n個葉子結(jié)點(diǎn)的哈夫曼樹共有 2n-1 個結(jié)點(diǎn)，所以數(shù)組 HuffNode 的大小設(shè)置為 2n-1 。HuffNode 結(jié)構(gòu)中有 weight, lchild, rchild 和 parent 域。其中，weight 域保存結(jié)點(diǎn)的權(quán)值, lchild 和 rchild 分別保存該結(jié)點(diǎn)的左、右孩子的結(jié)點(diǎn)在數(shù)組 HuffNode 中的序號，從而建立起結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。為了判定一個結(jié)點(diǎn)是否已加入到要建立的哈夫曼樹中，可通過 parent 域的值來確定。初始時 parent 的值為 -1。當(dāng)結(jié)點(diǎn)加入到樹中去時，該結(jié)點(diǎn) parent 的值為其父結(jié)點(diǎn)在數(shù)組 HuffNode 中的序號，而不會是 -1 了。

求葉結(jié)點(diǎn)的編碼：
該過程實(shí)質(zhì)上就是在已建立的哈夫曼樹中，從葉結(jié)點(diǎn)開始，沿結(jié)點(diǎn)的雙親鏈域回退到根結(jié)點(diǎn)，每回退一步，就走過了哈夫曼樹的一個分支，從而得到一位哈夫曼碼值。由于一個字符的哈夫曼編碼是從根結(jié)點(diǎn)到相應(yīng)葉結(jié)點(diǎn)所經(jīng)過的路徑上各分支所組成的 0、1 序列，因此先得到的分支代碼為所求編碼的低位，后得到的分支代碼為所求編碼的高位碼。我們可以設(shè)置一個結(jié)構(gòu)數(shù)組 HuffCode 用來存放各字符的哈夫曼編碼信息，數(shù)組元素的結(jié)構(gòu)中有兩個域：bit 和 start。其中，域 bit 為一維數(shù)組，用來保存字符的哈夫曼編碼， start 表示該編碼在數(shù)組 bit 中的開始位置。所以，對于第 i 個字符，它的哈夫曼編碼存放在 HuffCode[i].bit 中的從 HuffCode[i].start 到 n 的 bit 位中。

復(fù)制代碼代碼如下:

/*-------------------------------------------------------------------------
* Name:   哈夫曼編碼源代碼。
* 在 Win-TC 下測試通過
* 實(shí)現(xiàn)過程：著先通過 HuffmanTree() 函數(shù)構(gòu)造哈夫曼樹，然后在主函數(shù) main()中
*           自底向上開始(也就是從數(shù)組序號為零的結(jié)點(diǎn)開始)向上層層判斷，若在
*           父結(jié)點(diǎn)左側(cè)，則置碼為 0,若在右側(cè),則置碼為 1。最后輸出生成的編碼。
*------------------------------------------------------------------------*/
#include <stdio.h>

#define MAXBIT      100
#define MAXVALUE 10000
#define MAXLEAF     30
#define MAXNODE    MAXLEAF*2 -1

typedef struct
{
    int bit[MAXBIT];
    int start;
} HCodeType;        /* 編碼結(jié)構(gòu)體 */
typedef struct
{
    int weight;
    int parent;
    int lchild;
    int rchild;
} HNodeType;        /* 結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體 */

/* 構(gòu)造一顆哈夫曼樹 */
void HuffmanTree (HNodeType HuffNode[MAXNODE], int n)
{
    /* i、j：循環(huán)變量，m1、m2：構(gòu)造哈夫曼樹不同過程中兩個最小權(quán)值結(jié)點(diǎn)的權(quán)值，
        x1、x2：構(gòu)造哈夫曼樹不同過程中兩個最小權(quán)值結(jié)點(diǎn)在數(shù)組中的序號。*/
    int i, j, m1, m2, x1, x2;
    /* 初始化存放哈夫曼樹數(shù)組 HuffNode[] 中的結(jié)點(diǎn) */
    for (i=0; i<2*n-1; i++)
    {
        HuffNode[i].weight = 0;
        HuffNode[i].parent =-1;
        HuffNode[i].lchild =-1;
        HuffNode[i].lchild =-1;
    } /* end for */

    /* 輸入 n 個葉子結(jié)點(diǎn)的權(quán)值 */
    for (i=0; i<n; i++)
    {
        printf ("Please input weight of leaf node %d: /n", i);
        scanf ("%d", &HuffNode[i].weight);
    } /* end for */

    /* 循環(huán)構(gòu)造 Huffman 樹 */
    for (i=0; i<n-1; i++)
    {
        m1=m2=MAXVALUE;     /* m1、m2中存放兩個無父結(jié)點(diǎn)且結(jié)點(diǎn)權(quán)值最小的兩個結(jié)點(diǎn) */
        x1=x2=0;
        /* 找出所有結(jié)點(diǎn)中權(quán)值最小、無父結(jié)點(diǎn)的兩個結(jié)點(diǎn)，并合并之為一顆二叉樹 */
        for (j=0; j<n+i; j++)
        {
            if (HuffNode[j].weight < m1 && HuffNode[j].parent==-1)
            {
                m2=m1;
                x2=x1;
                m1=HuffNode[j].weight;
                x1=j;
            }
            else if (HuffNode[j].weight < m2 && HuffNode[j].parent==-1)
            {
                m2=HuffNode[j].weight;
                x2=j;
            }
        } /* end for */
            /* 設(shè)置找到的兩個子結(jié)點(diǎn) x1、x2 的父結(jié)點(diǎn)信息 */
        HuffNode[x1].parent = n+i;
        HuffNode[x2].parent = n+i;
        HuffNode[n+i].weight = HuffNode[x1].weight + HuffNode[x2].weight;
        HuffNode[n+i].lchild = x1;
        HuffNode[n+i].rchild = x2;

        printf ("x1.weight and x2.weight in round %d: %d, %d/n", i+1, HuffNode[x1].weight, HuffNode[x2].weight); /* 用于測試 */
        printf ("/n");
    } /* end for */
} /* end HuffmanTree */

int main(void)
{
    HNodeType HuffNode[MAXNODE];            /* 定義一個結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體數(shù)組 */
    HCodeType HuffCode[MAXLEAF], cd;       /* 定義一個編碼結(jié)構(gòu)體數(shù)組，同時定義一個臨時變量來存放求解編碼時的信息 */
    int i, j, c, p, n;
    printf ("Please input n:/n");
    scanf ("%d", &n);
    HuffmanTree (HuffNode, n);

    for (i=0; i < n; i++)
    {
        cd.start = n-1;
        c = i;
        p = HuffNode[c].parent;
        while (p != -1)   /* 父結(jié)點(diǎn)存在 */
        {
            if (HuffNode[p].lchild == c)
                cd.bit[cd.start] = 0;
            else
                cd.bit[cd.start] = 1;
            cd.start--;        /* 求編碼的低一位 */
            c=p;
            p=HuffNode[c].parent;    /* 設(shè)置下一循環(huán)條件 */
        } /* end while */

        /* 保存求出的每個葉結(jié)點(diǎn)的哈夫曼編碼和編碼的起始位 */
        for (j=cd.start+1; j<n; j++)
        { HuffCode[i].bit[j] = cd.bit[j];}
        HuffCode[i].start = cd.start;
    } /* end for */

    /* 輸出已保存好的所有存在編碼的哈夫曼編碼 */
    for (i=0; i<n; i++)
    {
        printf ("%d 's Huffman code is: ", i);
        for (j=HuffCode[i].start+1; j < n; j++)
        {
            printf ("%d", HuffCode[i].bit[j]);
        }
        printf ("/n");
    }
    getch();
    return 0;
}