哈夫曼编码和译码
【问题描述】
利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（复原）。对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。试为这样的信息收发站写一个哈夫曼码的编/译码系统。【任务要求】
编写四个程序，分别实现字符串的插入、删除、替换以及子串定位函数（用模式匹配算法定位）
【任务要求】
一个完整的系统应具有以下功能：
1) I：初始化（Initialization）。从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。
2) E：编码（Encoding）。利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。
3) D：译码（Decoding）。利用已建好的哈夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中。
【测试数据】
用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”。
代码：
#include 'A' + i - 1;
hfmTree[i].parent = hfmTree[i].lchild = hfmTree[i].rchild = -1;
scanf("%d", &hfmTree[i].weight);
}
/*构建哈夫曼的过程注意 找到的最小值作为新根的左孩子，次小值作为右孩子*/
for (i = N; i<2 * N - 1; i++)
{
min = 99999;//最小值
cmin = 99999;//次小值
m = 0; c = 0;//记录最小值和次小值的下标
for (j = 0; jif (hfmTree[j].parent == -1)
if (hfmTree[j].weightelse if (hfmTree[j].weight//hfmTree[m].weight+hfmTree[c].weight;
hfmTree[i].CH = ' ';//方便整体输出加个字符空格
hfmTree[i].lchild = m;
hfmTree[i].rchild = c;
hfmTree[m].parent = i;
hfmTree[c].parent = i;
hfmTree[i].parent = -1;//新结点的双亲没有为-1
}
}
void Hfmcode(DATA *hfmTree, codetype *codeFile, int N)//哈夫曼编码
{
int i, p, c;
codetype S;
for (i = 0; i//对N的字符进行编码
{
c = i;//意思是将树中的第一个字符的下标给c暂存
p = hfmTree[c].parent;//找得到c下标字符的双亲（是地址）给p暂存
S.cnt = N;//把cnt的值初始化为N，后续再用数组(S->code[])存字符的编码时,倒着存
S.code[N] = '\0';
while (p != -1)//要将第i个字符从它自身找到它的双亲为止
{
if (hfmTree[p].lchild == c)//第i个字符是双亲p的左孩子，S.code[]中存‘0’；
S.code[--S.cnt] = '0';
else//否则存‘1’
S.code[--S.cnt] = '1';
c = p;
p = hfmTree[c].parent;
}
codeFile[i] = S;//第i个字符的编码存入codeFile
}
}
void Decode(DATA *hfmTree,char *ToBeTran, int N)//解码过程
{
int i,ct=0;
char ch;
scanf("%c", &ch);
i = 2 * N - 2;//根结点的小标（地址）为2*N-2
while (ch!='#')//#结束后不再翻译
{
if (ch == '0')//‘0’判断左走
i = hfmTree[i].lchild;
else if (ch == '1')//‘1’判断右走
i = hfmTree[i].rchild;
if (hfmTree[i].lchild == -1 || hfmTree[i].rchild == -1)//从根结点一直找到叶子
{
ToBeTran[ct++] = hfmTree[i].CH;
i = 2 * N - 2;//译完一段编码后置为头结点继续翻译
}
scanf("%c", &ch);
}
if ((hfmTree[i].lchild != -1 || hfmTree[i].rchild != -1) && i != 2 * N - 2)
printf("编码有误！");
ToBeTran[ct] = '\0';
}
int main()
{
int N;
int i, j;
//char str[]="THIS PROGRAM IS MY FAVORITE";
char str[200];
char *ToBeTran,c;
DATA *hfmTree;
codetype *codeFile;//定义一个存编码信息的数组，大小动态分配
printf("字符集大小:");
scanf("%d", &N);//字符个数
ToBeTran = (char *)malloc(sizeof(char) * 40);
codeFile = (codetype *)malloc(sizeof(codetype)*N);//给codeFile数组分配空间
hfmTree = (DATA *)malloc(sizeof(DATA)*(2 * N - 1));//哈夫曼树结点个数
printf("输入空格和A~Z字母的频度：\n");
Createtree(hfmTree, N);//建树
Hfmcode(hfmTree, codeFile, N);//编码
/*for (i = 0; i
scanf("%c", &c);//接收回车符的不然会被gets(str)这句录入
printf("请输入需要编码的字符串：\n");
gets(str);
printf("\n");
printf("该字符串编码为：\n");
for (i = 0; i < strlen(str); i++)
{
if (str[i] == ' ')
printf("%s", codeFile[0].code + codeFile[0].cnt);
else
printf("%s", codeFile[str[i] - 'A' + 1].code + codeFile[str[i] - 'A' + 1].cnt);//由于是倒着存的所以正着输出时要找到起始点
}
printf("\n\n");
printf("输入需要译文的编码（以#号结束）：\n");
Decode(hfmTree, ToBeTran, N);
printf("\n");
printf("编码译文为：\n");
printf("%s", ToBeTran);
return 0;
} 运行截图：
代码2（将结果存在程序的根目录下的TXT文档中）：
#include 'A' + i - 1;
hfmTree[i].parent = hfmTree[i].lchild = hfmTree[i].rchild = -1;
scanf("%d", &hfmTree[i].weight);
}
/*构建哈夫曼的过程注意 找到的最小值作为新根的左孩子，次小值作为右孩子*/
for (i = N; i<2 * N - 1; i++)
{
min = 99999;//最小值
cmin = 99999;//次小值
m = 0; c = 0;//记录最小值和次小值的下标
for (j = 0; jif (hfmTree[j].parent == -1)
if (hfmTree[j].weightelse if (hfmTree[j].weight//hfmTree[m].weight+hfmTree[c].weight;
hfmTree[i].CH = ' ';//方便整体输出加个字符空格
hfmTree[i].lchild = m;
hfmTree[i].rchild = c;
hfmTree[m].parent = i;
hfmTree[c].parent = i;
hfmTree[i].parent = -1;//新结点的双亲没有为-1
}
}
void Hfmcode(DATA *hfmTree, codetype *codeFile, int N)//哈夫曼编码
{
int i, p, c;
codetype S;
for (i = 0; i//对N个字符进行编码
{
c = i;//意思是将树中的第一个字符的下标给c暂存
p = hfmTree[c].parent;//找得到c下标字符的双亲（是地址）给p暂存
S.ch = hfmTree[i].CH;
S.cnt = N;//把cnt的值初始化为N，后续再用数组(S->code[])存字符的编码时,倒着存
S.code[N] = '\0';
while (p != -1)//要将第i个字符从它自身找到它的双亲为止
{
if (hfmTree[p].lchild == c)//第i个字符是双亲p的左孩子，S.code[]中存‘0’；
S.code[--S.cnt] = '0';
else//否则存‘1’
S.code[--S.cnt] = '1';
c = p;
p = hfmTree[c].parent;
}
codeFile[i] = S;//第i个字符的编码存入codeFile
}
}
void Decode(DATA *hfmTree, char *ToBeTran, int N)//解码过程
{
int i, j = 0, ct = 0;
FILE *fp;
fp = fopen("codeFile.txt", "r");
char str[200], ch;
fscanf(fp, "%s", str);
ch = str[0];
i = 2 * N - 2;//根结点的小标（地址）为2*N-2
while (1)//#结束后不再翻译
{
if (ch == '0')//‘0’判断左走
i = hfmTree[i].lchild;
else if (ch == '1')//‘1’判断右走
i = hfmTree[i].rchild;
if (hfmTree[i].lchild == -1 || hfmTree[i].rchild == -1)//从根结点一直找到叶子
{
ToBeTran[ct++] = hfmTree[i].CH;
i = 2 * N - 2;//译完一段编码后置为头结点继续翻译
}
j++;
ch = str[j];
if (j == strlen(str))
break;
}
if ((hfmTree[i].lchild != -1 || hfmTree[i].rchild != -1) && i != 2 * N - 2)
printf("编码有误！");
ToBeTran[ct] = '\0';
fclose(fp);
}
int main()
{
int N;
int i, j;
FILE *fp, *fp1, *fp2;
char str[200];
char *ToBeTran, c;
DATA *hfmTree;
codetype *codeFile;//定义一个存编码信息的数组，大小动态分配
printf("字符集大小:");
scanf("%d", &N);//字符个数
ToBeTran = (char *)malloc(sizeof(char) * 40);
codeFile = (codetype *)malloc(sizeof(codetype)*N);//给codeFile数组分配空间
hfmTree = (DATA *)malloc(sizeof(DATA)*(2 * N - 1));//哈夫曼树结点个数
fp = fopen("fmTree.txt", "w");
if (fp == NULL)
return 0;
fp1 = fopen("codeFile.txt", "w");
if (fp1 == NULL)
return 0;
fp2 = fopen("TextFile.txt", "w");
if (fp2 == NULL)
return 0;
printf("输入空格和字母的频度：\n");
Createtree(hfmTree, N);//建树
Hfmcode(hfmTree, codeFile, N);//编码
scanf("%c", &c);//接收回车符的不然会被gets(str)这句录入
printf("请输入需要编码的字符串：\n");
gets(str);
printf("\n");
fprintf(fp, "%-8s%-8s%-8s%-8s%-8s%-8s%-8s\n", "单元号", "字符", "权值", "双亲", "左孩子", "右孩子");
for (i = 0; i<2 * N - 1; i++)
fprintf(fp, "%-8d%-8c%-8d%-8d%-8d%-8d\n", i, hfmTree[i].CH, hfmTree[i].weight, hfmTree[i].parent, hfmTree[i].lchild, hfmTree[i].rchild);
fclose(fp);
printf("哈夫曼树信息表以存入fmTree.txt文档中..\n");
for (i = 0; i<strlen(str); i++)
{
if (str[i] == ' ')
fprintf(fp1, "%s", codeFile[0].code + codeFile[0].cnt);
else
fprintf(fp1, "%s", codeFile[str[i] - 'A' + 1].code + codeFile[str[i] - 'A' + 1].cnt);//由于是倒着存的所以正着输出时要找到起始点
}
fclose(fp1);
printf("该字符串编码以存入codeFile.txt文档中..：\n");
Decode(hfmTree, ToBeTran, N);//解码函数
fprintf(fp2, "%s", ToBeTran);
fclose(fp2);
printf("编码译文以存入TextFile.txt文档中..：\n");
return 0;
} 运行截图：
