哈夫曼树与哈夫曼编码

  1 /*-------------------------------------------------------------------------
  2  * Name:   哈夫曼编码源代码。
  3  * Date:   2011.04.16
  4  * Author: Jeffrey Hill+Jezze(解码部分)
  5  * 在 Win-TC 下测试通过
  6  * 实现过程：着先通过 HuffmanTree() 函数构造哈夫曼树，然后在主函数 main()中
  7  *           自底向上开始(也就是从数组序号为零的结点开始)向上层层判断，若在
  8  *           父结点左侧，则置码为 0,若在右侧,则置码为 1。最后输出生成的编码。
  9  *------------------------------------------------------------------------*/
 10 #include <stdio.h>
 11 #include<stdlib.h>
 12  
 13 #define MAXBIT      100
 14 #define MAXVALUE  10000
 15 #define MAXLEAF     30
 16 #define MAXNODE    MAXLEAF*2 -1
 17  
 18 typedef struct 
 19 {
 20     int bit[MAXBIT];
 21     int start;
 22 } HCodeType;        /* 编码结构体 */
 23 typedef struct
 24 {
 25     int weight;
 26     int parent;
 27     int lchild;
 28     int rchild;
 29     int value;
 30 } HNodeType;        /* 结点结构体 */
 31  
 32 /* 构造一颗哈夫曼树 */
 33 void HuffmanTree (HNodeType HuffNode[MAXNODE],  int n)
 34 { 
 35     /* i、j： 循环变量，m1、m2：构造哈夫曼树不同过程中两个最小权值结点的权值，
 36         x1、x2：构造哈夫曼树不同过程中两个最小权值结点在数组中的序号。*/
 37     int i, j, m1, m2, x1, x2;
 38     /* 初始化存放哈夫曼树数组 HuffNode[] 中的结点 */
 39     for (i=0; i<2*n-1; i++)
 40     {
 41         HuffNode[i].weight = 0;//权值 
 42         HuffNode[i].parent =-1;
 43         HuffNode[i].lchild =-1;
 44         HuffNode[i].rchild =-1;
 45         HuffNode[i].value=i; //实际值，可根据情况替换为字母  
 46     } /* end for */
 47  
 48     /* 输入 n 个叶子结点的权值 */
 49     for (i=0; i<n; i++)
 50     {
 51         printf ("Please input weight of leaf node %d: \n", i);
 52         scanf ("%d", &HuffNode[i].weight);
 53     } /* end for */
 54  
 55     /* 循环构造 Huffman 树 */
 56     for (i=0; i<n-1; i++)
 57     {
 58         m1=m2=MAXVALUE;     /* m1、m2中存放两个无父结点且结点权值最小的两个结点 */
 59         x1=x2=0;
 60         /* 找出所有结点中权值最小、无父结点的两个结点，并合并之为一颗二叉树 */
 61         for (j=0; j<n+i; j++)
 62         {
 63             if (HuffNode[j].weight < m1 && HuffNode[j].parent==-1)
 64             {
 65                 m2=m1; 
 66                 x2=x1; 
 67                 m1=HuffNode[j].weight;
 68                 x1=j;
 69             }
 70             else if (HuffNode[j].weight < m2 && HuffNode[j].parent==-1)
 71             {
 72                 m2=HuffNode[j].weight;
 73                 x2=j;
 74             }
 75         } /* end for */
 76             /* 设置找到的两个子结点 x1、x2 的父结点信息 */
 77         HuffNode[x1].parent  = n+i;
 78         HuffNode[x2].parent  = n+i;
 79         HuffNode[n+i].weight = HuffNode[x1].weight + HuffNode[x2].weight;
 80         HuffNode[n+i].lchild = x1;
 81         HuffNode[n+i].rchild = x2;
 82  
 83         printf ("x1.weight and x2.weight in round %d: %d, %d\n", i+1, HuffNode[x1].weight, HuffNode[x2].weight);  /* 用于测试 */
 84         printf ("\n");
 85     } /* end for */
 86   /*  for(i=0;i<n+2;i++)
 87     {
 88         printf(" Parents:%d,lchild:%d,rchild:%d,value:%d,weight:%d\n",HuffNode[i].parent,HuffNode[i].lchild,HuffNode[i].rchild,HuffNode[i].value,HuffNode[i].weight);
 89                   }*///测试 
 90 } /* end HuffmanTree */
 91  
 92 //解码 
 93 void decodeing(char string[],HNodeType Buf[],int Num)
 94 {
 95   int i,tmp=0,code[1024];
 96   int m=2*Num-1;
 97   char *nump;
 98   char num[1024];
 99   for(i=0;i<strlen(string);i++)
100   {
101    if(string[i]==‘0‘)
102   num[i]=0;        
103   else
104   num[i]=1;                    
105   } 
106   i=0;
107   nump=&num[0];
108   
109  while(nump<(&num[strlen(string)]))
110  {tmp=m-1;
111   while((Buf[tmp].lchild!=-1)&&(Buf[tmp].rchild!=-1))
112   {
113   
114    if(*nump==0)
115    {
116      tmp=Buf[tmp].lchild ;          
117    } 
118    else tmp=Buf[tmp].rchild;
119    nump++;
120         
121   } 
122   
123   printf("%d",Buf[tmp].value);                                  
124  }
125  
126   
127 }
128  
129  
130 int main(void)
131 {
132     
133     HNodeType HuffNode[MAXNODE];            /* 定义一个结点结构体数组 */
134     HCodeType HuffCode[MAXLEAF],  cd;       /* 定义一个编码结构体数组， 同时定义一个临时变量来存放求解编码时的信息 */
135     int i, j, c, p, n;
136     char pp[100];
137     printf ("Please input n:\n");
138     scanf ("%d", &n);
139     HuffmanTree (HuffNode, n);
140    
141     
142     for (i=0; i < n; i++)
143     {
144         cd.start = n-1;
145         c = i;
146         p = HuffNode[c].parent;
147         while (p != -1)   /* 父结点存在 */
148         {
149             if (HuffNode[p].lchild == c)
150                 cd.bit[cd.start] = 0;
151             else
152                 cd.bit[cd.start] = 1;
153             cd.start--;        /* 求编码的低一位 */
154             c=p;                    
155             p=HuffNode[c].parent;    /* 设置下一循环条件 */
156         } /* end while */
157         
158         /* 保存求出的每个叶结点的哈夫曼编码和编码的起始位 */
159         for (j=cd.start+1; j<n; j++)
160         { HuffCode[i].bit[j] = cd.bit[j];}
161         HuffCode[i].start = cd.start;
162     } /* end for */
163     
164     /* 输出已保存好的所有存在编码的哈夫曼编码 */
165     for (i=0; i<n; i++)
166     {
167         printf ("%d ‘s Huffman code is: ", i);
168         for (j=HuffCode[i].start+1; j < n; j++)
169         {
170             printf ("%d", HuffCode[i].bit[j]);
171         }
172         printf(" start:%d",HuffCode[i].start);
173        
174         printf ("\n");
175         
176     }
177 /*    for(i=0;i<n;i++){
178     for(j=0;j<n;j++)
179         {
180              printf ("%d", HuffCode[i].bit[j]);           
181         }
182         printf("\n");
183         }*/
184     printf("Decoding?Please Enter code:\n");
185     scanf("%s",&pp);
186 decodeing(pp,HuffNode,n);
187     getch();
188     return 0;
189 }