数据结构作业——哈夫曼树

news2024/9/27 10:15:51
/*【基本要求】
(1) 从文件中读出一篇英文文章,包含字母和空格等字符。
(2) 统计各个字符出现的频度。
(3) 根据出现的频度,为每个出现的字符建立一个哈夫曼编码,并输出。
(4)  输入一个字符串,为其编码并输出。
(5) 输入一串编码,为其译码并输出*/

/*【演示结果】
(1)显示英文文章及各字符出现的频率。
(2)显示每个字符的哈夫曼编码。
(3)文件读入一文本,显示对其编码结果,并存盘
(4)文件读入一组编码,显示对其译码结果,并存盘*/


#include<stdio.h>
using namespace std;

#define N 128//最多128个字符种类


//数据存储结构
typedef struct{
	char data;//数据
	int weight;//数据权重
	int lchild,rchild,parent;//左右结点及双亲
}HumfNode;

//词频统计存储结构
typedef struct{
	char data;
	int freq;
}Datafreq;

//编码存储结构
typedef struct{
	int bits[128];存放编码0、1的数组
	int start;
}HCode;





代码:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<conio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fstream>
#include<iostream>
using namespace std;
#define N 128                                            //最大叶子结点数

typedef struct
{
	char data;                                          //编码对应的字符
	int weight;                                         //结点的权值
	int lchild, rchild, parent;
}HumfNode;

typedef struct
{
	char data;
	int freq;
}Datafreq;

typedef struct
{
	int bits[128];                                        //存放哈夫曼编码的字符数组
	int start;                                           //编码的起始位置
}HCode;

void FreqNode(char* st, Datafreq str[])                   //统计单词和空格与其频率
{
	int i, j, k, num[128];
	char* p = st;
	for (i = 0; i < 128; i++)
	{
		str[i].freq = 0;
	}//初始化频度结点的频度
	for (i = 0; i < 128; i++)
		num[i] = 0;
	//printf("英文文章如下:");
	while (*p != NULL)
	{
		num[int(*p)]++;
		p++;
	}
	j = 0;
	for (i = 0; i < 128; i++)
	{
		str[i].data = char(i);
		str[i].freq = num[i];
		//统计每个结点的权重和内容
	}

	printf("\n");
	printf("频度如下(ascll码由小到大排列):");
	for (i = 0; i < 128; i++)
	{
		if (str[i].freq != '\0')
		{
			cout << str[i].data << str[i].freq << " ";
		}
	}
	printf("\n");

}//功能实现的是统计文档中的各个字符的出现频率
//将整个ascll码表全部存储,并将其频度(权重)和内容放入哈夫曼结点中
void CreatHufmTree(HumfNode tree[], Datafreq str[], int n)                    //建立哈夫曼树                 
{
	int m1, m2, i, l, r, k;
	Datafreq* p = str;
	for (i = 0; i < 2 * n - 1; i++)
	{
		tree[i].lchild = tree[i].rchild = tree[i].parent = -1;
		tree[i].weight = 0;
	}
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		tree[i].data = p[i].data;
		tree[i].weight = p[i].freq;
	}
	for (i = n; i < 2 * n - 1; i++)
	{
		m1 = m2 = 32767;
		l = r = -1;
		for (k = 0; k < i; k++)
		{
			if (tree[k].parent == -1 && tree[k].weight <= m1)
			{

				m2 = m1;
				r = l;
				m1 = tree[k].weight;
				l = k;
			}
			else if (tree[k].parent == -1 && tree[k].weight <= m2)
			{
				m2 = tree[k].weight;
				r = k;

			}
			else
			{

			}

		}

		tree[i].weight = tree[l].weight + tree[r].weight;
		tree[i].lchild = l;
		tree[i].rchild = r;
		tree[l].parent = i;
		tree[r].parent = i;
		if (tree[i].weight == tree[l].weight)
		{
			tree[i].data = tree[l].data;
			tree[i].weight = tree[l].weight;
			tree[i].lchild = tree[i].rchild = -1;
		}
		else if (tree[i].weight == tree[r].weight)
		{
			tree[i].data = tree[r].data;
			tree[i].weight = tree[r].weight;
			tree[i].lchild = tree[i].rchild = -1;
		}


		//下标为i的新结点成为权值最小的两个结点双亲

//新结点的权值为两个结点权值之和
					 //权值最小的结点是新结点的左孩子
						//权值次最小的结点为右孩子
	}

}//建立哈夫曼树

void HufmCode(HumfNode tree[], HCode hcd[], int n)                    //哈夫曼编码的生成
{
	int i, f, c, k;
	HCode cd;                                          //用于临时存放编码串

	for (i = 0; i < 128; i++)
	{

		for (int r = 0; r < N; r++)
		{
			cd.bits[r] = 2;
		}
		cd.start = n - 1;
		c = i;                                                    //从叶子结点开始往上回溯
		f = tree[i].parent;

		//找到它的双亲结点
		while (f != -1)                                             //回溯到根结点
		{
			//&& tree[f].weight != tree[c].weight
			if (tree[f].lchild == c && tree[tree[f].rchild].weight != tree[f].weight && tree[tree[f].lchild].weight != tree[f].weight)
			{
				cd.bits[cd.start] = 0;
				cd.start--;
				c = f;
				f = tree[c].parent;
			}
			else if (tree[f].rchild == c && tree[tree[f].rchild].weight != tree[f].weight && tree[tree[f].lchild].weight != tree[f].weight)
			{
				cd.bits[cd.start] = 1;
				cd.start--;
				c = f;
				f = tree[c].parent;

			}
			else
			{
				tree[f].data = tree[tree[f].rchild].data;
				tree[f].weight = tree[tree[f].rchild].weight;
				tree[f].lchild = tree[f].rchild = -1;
				c = f;
				f = tree[c].parent;
			}


		}


		//cd.start++;
		hcd[i] = cd;

	}
	printf("输出哈夫曼编码:\n");
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		if (tree[i].weight != 0)
		{
			printf("%c\n", tree[i].data);
			for (k = hcd[i].start + 1; k < n; k++)
			{



				printf("%d", hcd[i].bits[k]);




			}
			printf("\n");
		}
	}
}


string TsCode( char a[], HumfNode tree[], int n)                          //哈夫曼树的译码
{
	char* p = a;
	int i = 0;
	int k = 0;
	i = 2 * n - 2;
	string tsresult;
	//将树根结点的下标赋i,从根结点出发向下搜索
	a = p;
	
	//unsigned long len = strlen(a);
	printf("译码结果如下:");
	while (*a != '2'&&*a!='\0')
	{

		if (*a == '0')
		{
			//printf("%d\n", tree[i].weight);
			i = tree[i].lchild;
			if ((tree[i].lchild == -1) && (tree[i].rchild == -1))
			{
				//printf("%d\n", tree[i].weight);
				printf("%c", tree[i].data);
				tsresult+=tree[i].data;

				i = 2 * n - 2;
				k++;
			}

			a++;
		}
		else if (*a == '1')
		{
			//printf("%d\n", tree[i].weight);
			i = tree[i].rchild;
			if ((tree[i].lchild == -1) && (tree[i].rchild == -1))
			{
				//printf("%d\n", tree[i].weight);
				printf("%c", tree[i].data);
				tsresult += tree[i].data;
				i = 2 * n - 2;
				k++;
			}

			a++;

		}
	}
	return tsresult;
}

void outputfiles(string file,string a)
{
	ofstream fout(file);
	fout << a;
	fout.close();
		
}
		


void outputfile(string file, HCode hcd[], HumfNode tree[], int n)
{
	int i, k;
	ofstream fout(file);
	if (!fout)
	{
		cout << "文件不能打开" << endl;
	}
	else
	{
		// 输出到磁盘文件
		for (i = 0; i < n; i++)
		{
			if (tree[i].data != '\0' && tree[i].weight != 0)
			{
				fout << tree[i].data << ":";
				for (k = hcd[i].start + 1; k < n; k++)
					if (hcd[i].bits[k] != 2)
					{
						fout << hcd[i].bits[k];
					}
				fout << endl;

				printf("\n");
			}
		}
		//关闭文件输出流
		fout.close();
	}
}


char* openfile(string file, char* st)                            //打开并显示文件
{
	char ch;
	int i = 0;
	ifstream infile;
	infile.open(file.data());   //将文件流对象与文件连接起来 
	while (!infile.eof())
	{
		infile.get(ch); //get( )函数从相应的流文件中读出一个字符,并将其返回给变量ch
		if (infile.fail())
		{
			break;
		}
		st[i] = ch;
		//cout << ch;
		i++;
	}
	infile.close();       //关闭文件
	return st;
}



void Getcode(char* bit, HumfNode tree[], HCode hcd[], int n)
{
	char* p = bit;
	int i = 0, k;
	while (*(bit + i) != '\0')
	{
		for (k = 0; k < n; k++)
		{
			if (tree[k].data == *(bit + i))
			{
				for (int r = hcd[k].start; r < n; r++)
					printf("%d", hcd[k].bits[r]);
			}
		}
		i++;
	}
	//while (*p != '\0')
	//{
	//	int i = 1, k;
	//	while (i <= n)
	//	{
	//		if (tree[i].data == *p)
	//		{
	//			//	printf("输出哈夫曼编码:\n");
	//			//	printf("%c",tree[i].data);
	//			for (k = hcd[i].start; k <= n; k++)
	//				printf("%c", hcd[i].bits[k]);
	//			//	printf("\n");
	//		}
	//		i++;
	//		//	else
	//		//		i++;
	//	}
	//	p++;
	//}
}


void main()
{
	int i, j, k, t = 0, m, b;
	char x;
	int n = 128;
	Datafreq str[128], stt[128], sft[128], num[128];
	char st[1000], bm[200], sd[50], sf[50], sm[50];
	HumfNode tree[2 * N - 1], st_tree[2 * N - 1], sf_tree[2 * N - 1];                                 //用于存放树中所有结点
	HCode hcd[N], st_hcd[N], hst[N];   //用于存放字符的哈夫曼编码
	char* ss, * yima;
	string tscode;
	while (1)
	{
		printf("******************************************************************************\n");
		printf("******************************************************************************\n");
		printf("**   1.从文件中读出一篇英文文章,包含字母和空格等字符。                     **\n");
		printf("**   2.统计各个字符出现的频度,为每个出现的字符建立一个哈夫曼编码,并输出。 **\n");
		printf("**   3.输入一个字符串,为其编码并输出。                                     **\n");
		printf("**   4.输入一串编码,为其译码并输出。                                       **\n");
		printf("**   5.退出                                                                 **\n");
		printf("******************************************************************************\n");
		printf("******************************************************************************\n");
		scanf_s("%d", &x);
		switch (int(x))
		{
		case 1:
			for (int y = 0; y < 1000; y++)
			{
				st[y] = '\0';
			}
			ss = openfile("D:\\mathess\\eee.txt", st);
			printf("英文文章如下:");
			while (*ss != '\0')
			{
				printf("%c", *ss);
				ss++;
			}
			printf("\n");
			break;
		case 2:  FreqNode(st, str);
			CreatHufmTree(tree, str, n);
			//cout << tree[65].data;
			HufmCode(tree, hcd, n);
			outputfile("D:\\mathess\\eeecode.txt", hcd, tree, n);
			break;
		case 3: printf("请输入一个字符串:");
			scanf_s("%s", &sd, 50);
			FreqNode(sd, stt);
			CreatHufmTree(st_tree, stt, n);
			HufmCode(st_tree, st_hcd, n);
			//Getcode(sd, tree, hcd, n);
			break;
		case 4:	printf("请输入一个字符串(为后面的译码内容提供编码参考):");
			scanf_s("%s", &sf, 50);
			FreqNode(sf, sft);
			CreatHufmTree(sf_tree, sft, n);
			HufmCode(sf_tree, hst, n);
			for (int i = 0; i < 200; i++)
			{
				bm[i] = '2';
			}
			yima = openfile("D:\\mathess\\xuyaoyima.txt", bm);
			i = 0;
			printf("文档的一串编码为:");

			while (*yima != '\0')
			{
				if (*yima == '0' || *yima == '1')
				{
					printf("%c", *yima);


					yima++;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}

			printf("\n");
			//scanf_s("%s", bm, 200);
			
			//printf("译码后的结果:");
			tscode=TsCode( bm, sf_tree, n);
			//printf("%s", tscode);
			//printf("%c", * Tscode);
			outputfiles("D:\\mathess\\tscode.txt", tscode);
			printf("\n");
			break;
		case 5: exit(0);
			//	default: printf("输入有误,请重新输入");
		}
	}
}



运行结果:

 

 

从文件读取英文文章,并显示读取后的文章内容

 

 

将其统计频率进行输出,并将编码结果存盘

 

输入需要编码的字符串,并将译码结果输出

 

输入需要译码的编码,进行译码,并将译码结果输出,存盘,经过判断结果正确。

 

 

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