哈夫曼树的构建即生成哈夫曼编码

 

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using namespace std;

//创建结点类
class Node {
public:
    Node() {};
    Node(string val, double weight) {
        this->val = val;
        this->weight = weight;
        this->left = this->right = nullptr;
    }
public:
    double weight;//权值
    string val;//结点存储的数据
    Node *left;//左孩子结点
    Node *right;//右孩子节点
    Node *parent;//父节点
    bool Isown;//是否为有效结点
};
//自定义优先队列里的排序规则
class cmp {
public:
    cmp() {};
    bool operator () (Node* &a, Node* &b) {
        return a->weight > b->weight;
    }
};
//哈夫曼树类
class HuffmanTree {
public:
    //哈夫曼树的初始化
    HuffmanTree(int n) {
        this->num = n;//初始化哈夫曼树的有效结点个数
        this->head = new Node;
        this->head->left = nullptr;
        this->head->right = nullptr;
        this->head->parent = nullptr;
    }

    //创建哈夫曼树
    void creatHuffmanTree() {
        int i = 0;
        while (i < this->num) {
            cout << "请输入结点及其权值:";
            Node *np = new Node;
            cin >> np->val >> np->weight;
            np->Isown = true;//有效结点记为true
            this->pq.push(np);//将有效节点压入优先队列中
            i++;
        }
        //开始先从队列中拿出两个最小的结点构成一棵树
        Node *t = new Node;
        t = pq.top();
        pq.pop();
        this->head->left = t;
        t->parent = this->head;
        t = pq.top();
        this->head->right = t;
        t->parent = this->head;
        pq.pop();
        while (!pq.empty()) {
            //每次拿出一个未在树中最小的结点
            t = pq.top();
            //将原树的根结点变为一个叶子节点
            Node* s = new Node;
            s->weight = this->head->left->weight + this->head->right->weight;
            s->left = this->head->left;
            s->right = this->head->right;
            s->left->parent = s->right->parent = s;
            s->Isown = false;//将原树的根结点标记未false,表示不是有效结点
            if (t->weight > s->weight) {
                this->head->left = s;
                this->head->right = t;
            }
            else {
                this->head->left = t;
                this->head->right = s;
            }
            s->parent = t->parent = this->head;
            pq.pop();
        }
        //将哈夫曼树的根结点标记为false
        this->head->Isown = false;
    }

    void getCode() {
        //初始编码为0，并往左查找一次
        string code = "0";
        Node* t = new Node;
        t = this->head->left;
        //当所有有效结点的哈夫曼编码都生成完成后退出循环
        while (this->code.size() < this->num) {
            //如果当前结点是有效结点,则将此时的哈夫曼编码赋给当前结点
            if (t->Isown) {
                this->code.push_back(pair(t->val, code));
            }
            //如果当前结点的左孩子不为空,则继续往左查找,并哈夫曼编码添加一位0
            if (t->left != nullptr) {
                t = t->left;
                code += "0";
            }
            //如果当前结点的左孩子为空但右孩子结点不为空,则往右查找,并哈夫曼编码添加一位1
            else if (t->right != nullptr) {
                t = t->right;
                code += "1";
            }
            //如果当前结点的左右孩子均为空,但自己是父节点的左孩子,则到父节点的右孩子接着查找,并去除最后一位哈夫曼编码再添加一位1
            else if(t != t->parent->right){
                t = t->parent->right;
                code.pop_back();
                code += "1";
            }
            //如果当前结点的左右孩子均为空且自己是父节点的右孩子,则回到父节点的父节点的右孩子,去除哈夫曼编码的最后两位再添加一位1
            else {
                t = t->parent->parent->right;
                code.pop_back();
                code.pop_back();
                code += "1";
            }
        }
        cout << "由以上结点生成的哈夫曼编码为:" << endl;
        for (auto cd : this->code) {
            cout << cd.first << ":" << cd.second << endl;
        }
    }
private:
    Node* head;//哈夫曼树的根结点
    int num;//哈夫曼树的有效节点数
    priority_queue , cmp > pq;//存储有效节点的优先队列
    vector< pair > code;//存储每个有效节点的哈夫曼编码的键值对的向量
};
int main() {
    int n;
    cout << "请输入结点数:" << endl;
    cin >> n;
    HuffmanTree hfft(n);
    hfft.creatHuffmanTree();
    hfft.getCode();

    system("pause");
    return 0;
}