_DataStructure_C_Impl:哈夫曼编码

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

#define infinity 10000		//定义一个无限大的值
//哈夫曼树类型定义
typedef struct{
	unsigned int weight;
	unsigned int parent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;
typedef char **HuffmanCode;//存放哈夫曼编码
//返回树中n个结点中权值最小的结点序号
int Min(HuffmanTree t,int n){
	int i,flag;
	int f=infinity;		//f为一个无限大的值
	for(i=1;i<=n;i++)
		if(t[i].weight<f&&t[i].parent==0){
			f=t[i].weight;
			flag=i;
		}
	t[flag].parent=1;	//给选中的结点的双亲结点赋值1，避免再次查找该结点
	return flag;
}
//在n个结点中选择两个权值最小的结点序号，其中s1最小，s2次小
void Select(HuffmanTree *t,int n,int *s1,int *s2){
	int x;
	*s1=Min(*t,n);
	*s2=Min(*t,n);
	if((*t)[*s1].weight>(*t)[*s2].weight){		//如果序号s1的权值大于序号s2的权值，将两者交换，使s1最小，s2次小
		x=*s1;
		*s1=*s2;
		*s2=x;
	}
}
//构造哈夫曼树HT，哈夫曼树的编码存放在HC中，w为n个字符的权值
void HuffmanCoding(HuffmanTree *HT,HuffmanCode *HC,int *w,int n){ //叶子结点到根结点编码
	int m,i,s1,s2,start;
	unsigned int c,f;
	HuffmanTree p;
	char *cd;
	if(n<=1)
		return;
	m=2*n-1;
	*HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));	//第零个单元未用
	for(p=*HT+1,i=1;i<=n;++i,++p,++w){		//初始化n个叶子结点
		(*p).weight=*w;
		(*p).parent=0;
		(*p).lchild=0;
		(*p).rchild=0;
	}
	for(;i<=m;++i,++p){			//将n-1个非叶子结点的双亲结点初始化化为0
		(*p).parent=0;
	}
	for(i=n+1;i<=m;++i){		//构造哈夫曼树
		Select(HT,i-1,&s1,&s2);	//查找树中权值最小的两个结点
		(*HT)[s1].parent=(*HT)[s2].parent=i;
		(*HT)[i].lchild=s1;
		(*HT)[i].rchild=s2;
		(*HT)[i].weight=(*HT)[s1].weight+(*HT)[s2].weight;
	}
	//从叶子结点到根结点求每个字符的哈夫曼编码
	*HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char *));
	cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));		//为哈夫曼编码动态分配空间
	cd[n-1]='\0';
	//求n个叶子结点的哈夫曼编码
	for(i=1;i<=n;i++){
		start=n-1;		//编码结束符位置
		for(c=i,f=(*HT)[i].parent;f!=0;c=f,f=(*HT)[f].parent)	//从叶子结点到根结点求编码
			if((*HT)[f].lchild==c)
				cd[--start]='0';
			else
				cd[--start]='1';
		(*HC)[i]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));	//为第i个字符编码分配空间
		strcpy((*HC)[i],&cd[start]);	//将当前求出结点的哈夫曼编码复制到HC
	}
	free(cd);
}
//构造哈夫曼树HT，并从根结点到叶子结点求赫夫曼编码并保存在HC中
void HuffmanCoding2(HuffmanTree *HT,HuffmanCode *HC,int *w,int n){
	int s1,s2,i,m;
	unsigned int r,cdlen;
	char *cd;
	HuffmanTree p;

	if(n<=1)
		return;
	m=2*n-1;
	*HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));
	for(p=*HT+1,i=1;i<=n;i++,p++,w++)
	{
		(*p).weight=*w;
		(*p).parent=0;
		(*p).lchild=0;
		(*p).rchild=0;
	}
	for(;i<=m;++i,++p)
		(*p).parent=0;
	/*构造哈夫曼树HT*/
	for(i=n+1;i<=m;i++)
	{
		Select(HT,i-1,&s1,&s2);
		(*HT)[s1].parent=(*HT)[s2].parent=i;
		(*HT)[i].lchild=s1;
		(*HT)[i].rchild=s2;
		(*HT)[i].weight=(*HT)[s1].weight+(*HT)[s2].weight;
	}
	/*从根结点到叶子结点求赫夫曼编码并保存在HC中*/
	*HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));
	cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));
	r=m;						/*从根结点开始*/
	cdlen=0;					/*编码长度初始化为0*/
	for(i=1;i<=m;i++)
		(*HT)[i].weight=0;		/*将weight域作为状态标志*/
	while(r)
	{
		if((*HT)[r].weight==0)/*如果weight域等于零，说明左孩子结点没有遍历*/
		{
			(*HT)[r].weight=1;	/*修改标志*/
			if((*HT)[r].lchild!=0)/*如果存在左孩子结点，则将编码置为0*/
			{
				r=(*HT)[r].lchild;
				cd[cdlen++]='0';
			}
			else if((*HT)[r].rchild==0)/*如果是叶子结点，则将当前求出的编码保存到HC中*/
			{
				(*HC)[r]=(char *)malloc((cdlen+1)*sizeof(char));
				cd[cdlen]='\0';
				strcpy((*HC)[r],cd);
			}
		}
		else if((*HT)[r].weight==1)/*如果已经访问过左孩子结点，则访问右孩子结点*/
		{
			(*HT)[r].weight=2;		/*修改标志*/
			if((*HT)[r].rchild!=0)
			{
				r=(*HT)[r].rchild;
				cd[cdlen++]='1';
			}
		}
		else						/*如果左孩子结点和右孩子结点都已经访问过，则退回到双亲结点*/
		{
			(*HT)[r].weight=0;
			r=(*HT)[r].parent;
			--cdlen;					/*编码长度减1*/
		}
	}
	free(cd);
}
void main(){
	HuffmanTree HT;
	HuffmanCode HC;
	int *w,n,i;
	printf("请输入叶子结点的个数: ");
	scanf("%d",&n);
	w=(int*)malloc(n*sizeof(int));		/*为n个结点的权值分配内存空间*/
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("请输入第%d个结点的权值:",i+1);
		scanf("%d",w+i);
	}
	HuffmanCoding(&HT,&HC,w,n);
	for(i=1;i<=n;i++)
	{
		printf("哈夫曼编码:");
		puts(HC[i]);
	}

	HuffmanCoding2(&HT,&HC,w,n);
	for(i=1;i<=n;i++)
	{
		printf("哈夫曼编码:");
		puts(HC[i]);
	}

	/*释放内存空间*/
	for(i=1;i<=n;i++)
		free(HC[i]);
	free(HC);
	free(HT);
	system("pause");
}

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