哈夫曼的c語言實現代碼

2020-01-26 15:57:24

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供稿：網友

我們設置一個結構數組 HuffNode 保存哈夫曼樹中各結點的信息。根據二叉樹的性質可知，具有n個葉子結點的哈夫曼樹共有 2n-1 個結點，所以數組 HuffNode 的大小設置為 2n-1 。HuffNode 結構中有 weight, lchild, rchild 和 parent 域。其中，weight 域保存結點的權值, lchild 和 rchild 分別保存該結點的左、右孩子的結點在數組 HuffNode 中的序號，從而建立起結點之間的關系。為了判定一個結點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。當結點加入到樹中去時，該結點 parent 的值為其父結點在數組 HuffNode 中的序號，而不會是 -1 了。

求葉結點的編碼：
該過程實質上就是在已建立的哈夫曼樹中，從葉結點開始，沿結點的雙親鏈域回退到根結點，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點到相應葉結點所經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。我們可以設置一個結構數組 HuffCode 用來存放各字符的哈夫曼編碼信息，數組元素的結構中有兩個域：bit 和 start。其中，域 bit 為一維數組，用來保存字符的哈夫曼編碼， start 表示該編碼在數組 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
* 實現過程：著先通過 HuffmanTree() 函數構造哈夫曼樹，然后在主函數 main()中
*           自底向上開始(也就是從數組序號為零的結點開始)向上層層判斷，若在
*           父結點左側，則置碼為 0,若在右側,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;        /* 編碼結構體 */
typedef struct
{
    int weight;
    int parent;
    int lchild;
    int rchild;
} HNodeType;        /* 結點結構體 */

/* 構造一顆哈夫曼樹 */
void HuffmanTree (HNodeType HuffNode[MAXNODE], int n)
{
    /* i、j：循環變量，m1、m2：構造哈夫曼樹不同過程中兩個最小權值結點的權值，
        x1、x2：構造哈夫曼樹不同過程中兩個最小權值結點在數組中的序號。*/
    int i, j, m1, m2, x1, x2;
    /* 初始化存放哈夫曼樹數組 HuffNode[] 中的結點 */
    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 個葉子結點的權值 */
    for (i=0; i<n; i++)
    {
        printf ("Please input weight of leaf node %d: /n", i);
        scanf ("%d", &HuffNode[i].weight);
    } /* end for */

    /* 循環構造 Huffman 樹 */
    for (i=0; i<n-1; i++)
    {
        m1=m2=MAXVALUE;     /* m1、m2中存放兩個無父結點且結點權值最小的兩個結點 */
        x1=x2=0;
        /* 找出所有結點中權值最小、無父結點的兩個結點，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 */
            /* 設置找到的兩個子結點 x1、x2 的父結點信息 */
        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];            /* 定義一個結點結構體數組 */
    HCodeType HuffCode[MAXLEAF], cd;       /* 定義一個編碼結構體數組，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)   /* 父結點存在 */
        {
            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;    /* 設置下一循環條件 */
        } /* end while */

        /* 保存求出的每個葉結點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;
}