C++ 哈夫曼编码
1.哈夫曼编码的结点类：
struct HuffmanNode {
int weight; // 权重，出现的次数或者频率
char ch; // 存储符号
string code; // 存储该符号对应的编码
int leftChild, rightChild, parent; // 左、右孩子，父结点
};
2.思路：
（1）统计输入的字符串中不同字符的出现的次数，作为权值，然后存到哈夫曼编码数组中：
// 2.统计输入的字符串的各个字符出现的个数
memset(arr, 0, sizeof(arr)); // 清零
for(i = 0; i < len; i++) // 统计次数
arr[str[i]]++; // str[i] -> 转成对应的ASCII码，如'0'->48
leafSize = 0; // 出现不同字符的个数
for(i = 0; i < 256; i++) {
if(arr[i] != 0) { // 有出现的字符
// cout << "字符:" << (char)i << "次数为：" << arr[i] << endl;
HuffmanTree[leafSize].ch = (char)i; // 将数字转成对应的字符
HuffmanTree[leafSize].weight = arr[i]; // 权重
leafSize++;
}
}（2）然后，根据Huffman树的原理：权值越大的离根越近，权值越小的离根越远，建立Huffman树；
// 3.选取两个较小值合并
int first, second; // 两个较小的结点
for(i = leafSize; i < (2*leafSize-1); i++) { // 做leafSize-1趟
getMin(first, second, i); // 选取两个较小的元素
Merge(first,second,i); // 合并
}（3）编码：接着，从叶子结点出发，如果该结点为父结点的左孩子，则在编码追加“0”；
如果为其右孩子，则编码追加“1”，
注意：上面得到的编码要倒过来存放。因为字符对应的编码是从根到叶子结点所得到的编码，而上面刚好相反。
// 编码:利用哈夫曼编码原理对数据进行加密
void HuffmanCode::Encode() {
string code; // 存储符号的不定长二进制编码
int i, j, k, parent;
for(i = 0; i < leafSize; i++) { // 从叶子结点出发
j = i;
code = ""; // 初始化为空
while(HuffmanTree[j].parent != -1) { // 往上找到根结点
parent = HuffmanTree[j].parent; // 父结点
if(j == HuffmanTree[parent].leftChild) // 如果是左孩子，则记为0
code += "0";
else // 右孩子，记为1
code += "1";
j = parent; // 上移到父结点
}
// 编码要倒过来：因为是从叶子往上走到根，而编码是要从根走到叶子结点
for(k = (int)code.size()-1; k >= 0 ; k--)
HuffmanTree[i].code += code[k]; // 保存编码
cout << "字符：" << HuffmanTree[i].ch << "的编码为：" << HuffmanTree[i].code << " ";
}
}（4）解码：每一次加一个编码数字，然后从哈夫曼编码数组中查找。如果查找到，就转成对应的字符，接着解码剩下的编码；
如果没查找到，就再添加一个编码数字，然后从哈夫曼编码数组中查找…
如果最后遍历完所有编码，但是还是没有把所有编码解码成功，说明编码中有误，输出“解码出错！”。
// 解码
void HuffmanCode::Decode(string str) {
string decode, temp; // decode保存整个解码, temp保存每一个解码
int len = (int)str.size(); // 编码的长度
int i, j;
decode = temp = ""; // 初始化为空
for(i = 0; i < len; i++) {
temp += str[i]; // 加一个编码
for(j = 0; j < leafSize; j++) {
if(HuffmanTree[j].code == temp) { // 在叶子结点中找到对应的编码
decode += HuffmanTree[j].ch; // 转成对应的字符
temp = "";
break;
}
}
if(i == len-1 && j == leafSize) { // 遍历完都没找到对应的编码
cout << "解码出错！" << endl;
return;
}
}
cout << decode << endl;
}3.实现程序：
(1)HuffmanCode.h
#ifndef HuffmanCode_h
#define HuffmanCode_h
#include
#include
#include
using namespace std;
struct HuffmanNode {
int weight; // 权重，出现的次数或者频率
char ch; // 存储符号
string code; // 存储该符号对应的编码
int leftChild, rightChild, parent; // 左、右孩子，父结点
};
class HuffmanCode {
public:
HuffmanCode(string str); // 构造函数
~HuffmanCode(); // 析构函数
void getMin(int &first, int &second, int parent); // 选取两个较小的元素
void Merge(int first, int second, int parent); // 合并
void Encode(); // 编码:利用哈夫曼编码原理对数据进行加密
void Decode(string str); // 解码
private:
HuffmanNode *HuffmanTree; // 数组
int leafSize; // 统计不同字符的个数
};
// 构造函数
HuffmanCode::HuffmanCode(string str) {
int len = (int)str.size(); // 字符串的长度
int arr[256], i; // 存储字符串各个字符的个数
HuffmanTree = new HuffmanNode[256]; // 动态分配空间
// 1.初始化HuffmanTree数组
for(i = 0; i < (2 * len - 1); i++) { // 叶子结点为len,则树最多有2*len-1个结点
HuffmanTree[i].leftChild = HuffmanTree[i].rightChild = HuffmanTree[i].parent = -1;
HuffmanTree[i].code = "";
}
// 2.统计输入的字符串的各个字符出现的个数
memset(arr, 0, sizeof(arr)); // 清零
for(i = 0; i < len; i++) // 统计次数
arr[str[i]]++; // str[i] -> 转成对应的ASCII码，如'0'->48
leafSize = 0; // 出现不同字符的个数
for(i = 0; i < 256; i++) {
if(arr[i] != 0) { // 有出现的字符
// cout << "字符:" << (char)i << "次数为：" << arr[i] << endl;
HuffmanTree[leafSize].ch = (char)i; // 将数字转成对应的字符
HuffmanTree[leafSize].weight = arr[i]; // 权重
leafSize++;
}
}
// 3.选取两个较小值合并
int first, second; // 两个较小的结点
for(i = leafSize; i < (2*leafSize-1); i++) { // 做leafSize-1趟
getMin(first, second, i); // 选取两个较小的元素
Merge(first,second,i); // 合并
}
}
// 析构函数
HuffmanCode::~HuffmanCode() {
delete []HuffmanTree;
}
// 选取权值两个较小的元素
void HuffmanCode::getMin(int &first, int &second, int parent) {
double weight = 0;
int i;
// 找权重最小元素
for(i = 0; i < parent; i++) {
if(HuffmanTree[i].parent != -1) // 已选过，直接跳过
continue;
if(weight == 0) { // 第一次找到没选过的结点
weight = HuffmanTree[i].weight;
first = i;
}
else if(HuffmanTree[i].weight < weight) { // 权值更小
weight = HuffmanTree[i].weight;
first = i;
}
}
// 找权重次小元素
weight = 0;
for(i = 0; i < parent; i++) {
if(HuffmanTree[i].parent != -1 || i == first) // 已选过，直接跳过
continue;
if(weight == 0) { // 第一次找到没选过的结点
weight = HuffmanTree[i].weight;
second = i;
}
else if(HuffmanTree[i].weight < weight) { // 权值更小
weight = HuffmanTree[i].weight;
second = i;
}
}
}
// 合并
void HuffmanCode::Merge(int first, int second, int parent) {
HuffmanTree[first].parent = HuffmanTree[second].parent = parent; // 父结点
HuffmanTree[parent].leftChild = first; // 左孩子
HuffmanTree[parent].rightChild = second; // 右孩子
HuffmanTree[parent].weight = HuffmanTree[first].weight + HuffmanTree[second].weight; // 权值
}
// 编码:利用哈夫曼编码原理对数据进行加密
void HuffmanCode::Encode() {
string code; // 存储符号的不定长二进制编码
int i, j, k, parent;
for(i = 0; i < leafSize; i++) { // 从叶子结点出发
j = i;
code = ""; // 初始化为空
while(HuffmanTree[j].parent != -1) { // 往上找到根结点
parent = HuffmanTree[j].parent; // 父结点
if(j == HuffmanTree[parent].leftChild) // 如果是左孩子，则记为0
code += "0";
else // 右孩子，记为1
code += "1";
j = parent; // 上移到父结点
}
// 编码要倒过来：因为是从叶子往上走到根，而编码是要从根走到叶子结点
for(k = (int)code.size()-1; k >= 0 ; k--)
HuffmanTree[i].code += code[k]; // 保存编码
cout << "字符：" << HuffmanTree[i].ch << "的编码为：" << HuffmanTree[i].code << " ";
}
}
// 解码
void HuffmanCode::Decode(string str) {
string decode, temp; // decode保存整个解码, temp保存每一个解码
int len = (int)str.size(); // 编码的长度
int i, j;
decode = temp = ""; // 初始化为空
for(i = 0; i < len; i++) {
temp += str[i]; // 加一个编码
for(j = 0; j < leafSize; j++) {
if(HuffmanTree[j].code == temp) { // 在叶子结点中找到对应的编码
decode += HuffmanTree[j].ch; // 转成对应的字符
temp = "";
break;
}
}
if(i == len-1 && j == leafSize) { // 遍历完都没找到对应的编码
cout << "解码出错！" << endl;
return;
}
}
cout << decode << endl;
}
#endif /* HuffmanCode_h */
(2)main.cpp
#include "HuffmanCode.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
string str;
cout << "请输入字符串进行编码：" << endl;
cin >> str; // 输入要加密的字符串
HuffmanCode st(str); // 对象
cout << "对字符串编码情况如下：" << endl;
st.Encode(); // 编码
cout << endl;
cout << "请输入要解码的二进制编码:" << endl;
cin >> str;
cout << "解码如下：" << endl;
st.Decode(str); // 解码
return 0;
}测试数据：Myfatherwasaself-taughtmandolinplayer.Hewasoneofthebeststringinstrumentplayersinourtown.
10000010111100011110010101000011001-> Myfather
测试结果：
