霍夫曼编码

霍夫曼编码

霍夫曼编码

英文名 Huffman Coding
中文名：霍夫曼、赫夫曼、哈夫曼
具体原理不重述，见百科
维基百科：http://zh.wikipedia.org/zh/%E9%9C%8D%E5%A4%AB%E6%9B%BC%E7%BC%96%E7%A0%81
百度百科：http://baike.baidu.com/view/189694.htm

几个点：
树节点的表示
霍夫曼树的建立
得到编码映射
编码
解码，根据霍夫曼树解码

演示 I
A 1 B 2 C 3 D 4 E 5
^Z
A       010
B       011
C       00
D       10
E       11
Encoding:
A
B
C
D
E
^Z
010011001011
Decoding:
010011001011
ABCDE

演示 II
asdf 23 asdfwoeri 232 ljljkl 2398 agslk;jfqwoeijasldfjals 988
^Z
agslk;jfqwoeijasldfjals 01
asdf    000
asdfwoeri       001
ljljkl  1
Encoding:
asdf
^Z
000
Decoding:
010000011111111
agslk;jfqwoeijasldfjalsasdfasdfwoeriljljklljljklljljklljljklljljklljljklljljkl

实现：

  1  #include  < iostream >
  2  #include  < string >
  3  #include  < algorithm >
  4  #include  < vector >
  5  #include  < map >
  6  using   namespace  std;
  7 
  8  struct  node
  9  {
 10       string  trueform;
 11       double  probability;
 12       string  encoding;
 13      node *  left;
 14      node *  right;
 15      node( string  tt  =   "" ,  double  tp  =   0.0 ,  string  te  =   "" , node *  tl  =   0 , node *  tr  =   0 )
 16          : trueform(tt), probability(tp), encoding(te), left(tl), right(tr) {}
 17      friend  bool   operator   <  ( const  node &  lhs,  const  node &  rhs);
 18      friend  bool   operator   ==  ( const  node &  lhs,  const  node &  rhs);
 19  };
 20 
 21  bool   operator   <  ( const  node &  lhs,  const  node &  rhs)
 22  {
 23       return  lhs.probability  <  rhs.probability;
 24  }
 25 
 26  bool   operator   ==  ( const  node &  lhs,  const  node &  rhs)
 27  {
 28       return  lhs.probability  ==  rhs.probability;
 29  }
 30 
 31  void  init(vector < node >&  treenodes)
 32  {
 33      treenodes.clear();
 34       string  tt;
 35       double  tp;
 36       while  (cin  >>  tt  >>  tp)
 37      {
 38          treenodes.push_back(node(tt, tp));
 39      }
 40      sort(treenodes.begin(), treenodes.end());
 41  }
 42 
 43  void  generateTree(node *&  htree, vector < node >&  treenodes)
 44  {
 45       while  (treenodes.size()  >=   2 )
 46      {
 47          node *  left  =   new  node(treenodes[ 0 ]);
 48          node *  right  =   new  node(treenodes[ 1 ]);
 49          treenodes.erase(treenodes.begin(), treenodes.begin()  +   2 );
 50          node temp( "" , left -> probability  +  right -> probability,  "" , left, right);
 51          treenodes.push_back(temp);
 52          sort(treenodes.begin(), treenodes.end());
 53      }
 54      htree  =   new  node(treenodes[ 0 ]);
 55  }
 56 
 57  void  generateCoding(map < string ,  string >&  encodingmap, node *  htree,  string  coding  =   "" )
 58  {
 59       if  (htree  !=   0 )
 60      {
 61           if  (htree -> left  !=   0 )
 62          {
 63              generateCoding(encodingmap, htree -> left, coding  +   ' 0 ' );
 64          }
 65           if  (htree -> right  !=   0 )
 66          {
 67              generateCoding(encodingmap, htree -> right, coding  +   ' 1 ' );
 68          }
 69           if  (htree -> left  ==   0   &&  htree -> right  ==   0 )
 70          {
 71              encodingmap[htree -> trueform]  =  coding;
 72              htree -> encoding  =  coding;
 73               //  codingnodes.push_back(node(htree->trueform, htree->probability, coding, htree->left, htree->right));
 74          }
 75      }
 76  }
 77 
 78  void  inputCiphertext( string &  ciphertext)
 79  {
 80      cin.clear();
 81      cin  >>  ciphertext;
 82       // for (string::size_type i = 0; i != ciphertext.size(); ++i)
 83       // {
 84       //     if (ciphertext[i] != '0' && ciphertext[i] != '1')
 85       //     {
 86       //         cerr << "Ciphertext error!" << endl;
 87       //         exit(1);
 88       //     }
 89       // }
 90  }
 91 
 92  string  decodeCiphertext( string &  result,  const   string &  ciphertext, node *  htree)
 93  {
 94      result.clear();
 95      node *  temp;
 96       for  ( string ::size_type i  =   0 ; i  !=  ciphertext.size();)
 97      {
 98          temp  =  htree;
 99           while  (temp -> left  !=   0   &&  i  !=  ciphertext.size())
100          {
101               if  (ciphertext[i]  ==   ' 0 ' )
102              {
103                  temp  =  temp -> left;
104              }
105               else   if  (ciphertext[i]  ==   ' 1 ' )
106              {
107                  temp  =  temp -> right;
108              }
109               else
110              {
111                  cerr  <<   " Illegal character! "   <<  endl;
112                  exit( 1 );
113              }
114               ++ i;
115          }
116          result  +=  temp -> trueform;
117      }
118 
119       if  (temp -> left  !=   0 )
120      {
121          cerr  <<   " Ciphertext cannot be decoded! "   <<  endl;
122      }
123       return  result;
124  }
125 
126  void  inputPlaintext(vector < string >&  plaintext)
127  {
128      cin.clear();
129       string  temp;
130       while  (cin  >>  temp)
131      {
132          plaintext.push_back(temp);
133      }
134  }
135 
136  string  encodePlaintext( string &  result,  const  vector < string >&  plaintext, map < string ,  string >&  encodingmap)
137  {
138      result.clear();
139       for  (vector < string > ::const_iterator cit  =  plaintext.begin(); cit  !=  plaintext.end();  ++ cit)
140      {
141           if  (encodingmap.find( * cit)  !=  encodingmap.end())
142          {
143               //  const map<string, string>& encodingmap
144               // result += encodingmap[*cit];
145              result  +=  encodingmap[ * cit];
146          }
147           else
148          {
149              cerr  <<   " Cannot encode! "   <<  endl;
150          }
151      }
152       return  result;
153  }
154 
155  int  main()
156  {
157      vector < node >  treenodes;
158      init(treenodes);
159      node *  htree  =   0 ;
160      generateTree(htree, treenodes);
161       // for (vector<node>::size_type i = 0; i != treenodes.size(); ++i)
162       // {
163       //     cout << treenodes[i].trueform << '\t' << treenodes[i].probability << endl;
164       // }
165      map < string ,  string >  encodingmap;
166      generateCoding(encodingmap, htree);
167       for  (map < string ,  string > ::const_iterator cit  =  encodingmap.begin(); cit  !=  encodingmap.end();  ++ cit)
168      {
169          cout  <<  cit -> first  <<   ' \t '   <<  cit -> second  <<  endl;
170      }
171      cout  <<   " Encoding: "   <<  endl;
172      vector < string >  plaintext;
173      inputPlaintext(plaintext);
174       string  encoderesult;
175      encodePlaintext(encoderesult, plaintext, encodingmap);
176      cout  <<  encoderesult  <<  endl;
177 
178      cout  <<   " Decoding: "   <<  endl;
179       string  ciphertext;
180      inputCiphertext(ciphertext);
181       string  result;
182      decodeCiphertext(result, ciphertext, htree);
183      cout  <<  result  <<  endl;
184  }