C语言哈夫曼树和哈夫曼编码的实现

        哈夫曼树是一类带权路径(WPL)最短的的树。下面说一下实现代码:

        首先仍然是类型定义:

typedef char **HuffmanCode;

typedef struct{
	int weight;
	int parent, lchild, rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;

        选择函数:

void Select(HuffmanTree HT, int i,int *s1,int *s2)
{
	int j;
	*s1 = 0;
	*s2 = 0;
	for (j = 1; j <= i; j++)
	{
		if (HT[j].parent == 0 && HT[*s1].weight > HT[j].weight)
		{
			*s2 = *s1;
			*s1 = j;
		}
		else
		if (HT[j].parent == 0 && HT[*s2].weight > HT[j].weight)
			*s2 = j;
	}
}

        先让s1和s2指向0号位置(在下面创建函数中会把s1和s2号位置的权值设置为最大值),在已经储存权值的位置检查是否存在双亲为0并且权值比s1小的节点,如果有,则将s1的储存的位置赋值给s2(由于s1必然小于或等于s2,所以当发现有权值比s1小的节点时,s1中储存的节点变为权值第二小的节点,而s2正好用来储存第二小节点的地址),之后让j的值赋值给*s1。如果不存在权值比s1小的节点,则判断它的权值是否比s2的小(其权值有可能介于s1指向节点的权值和s2指向节点权值之间)。如果小于s2指向的权值,则将j赋值给*s2。

创建哈夫曼树:

HTNode *CreateHuffmanTree(HuffmanTree HT, int n)
{
	int m, i, s1, s2;
	if (n <= 1)
		return HT;
	m = 2 * n - 1;
	HT = (HTNode *)malloc(sizeof(HTNode)*(m + 1));
	for (i = 0; i <= m; i++)
	{
		HT[i].parent = 0;
		HT[i].lchild = 0;
		HT[i].rchild = 0;
	}
	HT[0].weight = 9999;
	for (i = 1; i <= n; i++)
		scanf("%d", HT[i].weight);
	for (i = n + 1; i <= m; i++)
	{
		Select(HT, i - 1, &s1, &s2);
		HT[i].lchild = s1;
		HT[i].rchild = s2;
		HT[s1].parent = i;
		HT[s2].parent = i;
                HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;
	}
	return HT;
}

        先判断这棵树是否只有一个节点,如果仅仅只有一个,则不需要创建哈夫曼树,返回。确定m的值,哈夫曼数所有节点的数目。为哈夫曼树分配(m+1)个节点空间,并将所有节点的双亲、左右孩子均赋值为0,表示没有双亲、左右孩子。将0号节点的权值赋值为一个很大的值,并输入n个节点的权值。最后,从n+1号结点开始作为双亲结点,依次找到最小两个节点的位置,并将其双亲设置为i,将i号节点的左右子树分别设置为s1、s2,权值为左右子树权值之和。直到i<=m为止。

构造哈夫曼编码:

HuffmanCode CreateHuffmanCode(HuffmanTree HT, HuffmanCode HC, int n)
{
	int i, start, f, c;
	char *cd;
	HC = (char **)malloc(sizeof(char *)*(n + 1));
	cd = (char *)malloc(sizeof(char)*n);
	cd[n - 1] = '\0';
	for (i = 1; i <= n; i++)
	{
		start = n - 1;
		c = i;
		f = HT[i].parent;
		while (f != 0)
		{
			--start;
			if (c == HT[f].lchild)
				cd[start] = '0';
			else
				cd[start] = '1';
			c = f;
			f = HT[f].parent;
		}
		HC[i] = (char *)malloc(sizeof(char)*(n - start));
		strcpy(HC[i], &cd[start]);
	}
	delete cd;
	return HC;
}

        为HC分配n+1个char *空间,为cd分配n个空间,并将’\0’赋值给cd最后一位。依次获得哈夫曼编码:每一次都将start定位到n-1处,即cd的最后一位,然后让c等于要获得编码的位置(即i),f等于c的双亲,当c的双亲不为0的时候重复执行将start向前移动一位,判断c是不是f号节点的左子树,如果是,则cd[start]则为’0‘(char类型),否则为’1’,c移动到原来c的双亲上,f移动到原来f的双亲上。为HC[i]分配适当空间(n-start个),将cd的内容复制到HC[i]中。获得所有哈夫曼编码后,释放cd分配的空间。

加入main():

int main(void)
{
	HuffmanCode HC;
	HuffmanTree HT;
	int n, i;
	HT = NULL;
	HC = NULL;
	printf("请输入要保存元素的个数:");
	scanf("%d", &n);
	fflush(stdin);
	printf("请输入保存的元素:");
	HT = CreateHuffmanTree(HT, n);
	HC = CreateHuffmanCode(HT, HC, n);
	for (i = 1; i <= n; i++)
	{
		printf("%d %s\n", HT[i].weight, HC[i]);
	}
	return 0;
}

C语言哈夫曼树和哈夫曼编码的实现_第1张图片 C语言哈夫曼树和哈夫曼编码的实现_第2张图片

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