哈夫曼编码的c实现

设计思想

由数据结构学习的哈夫曼树的编程思想，可以先构造哈夫曼树，在构造哈夫曼编码。

哈夫曼编码(Huffman Coding)，又称霍夫曼编码，是一种编码方式，可变字长编码(VLC)的一种。Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫做Huffman编码（有时也称为霍夫曼编码）。哈夫曼编码，主要目的是根据使用频率来最大化节省字符（编码）的存储空间。

设计流程

简易的理解就是，假如我有A,B,C,D,E五个字符，出现的频率（即权值）分别为5,4,3,2,1,那么我们第一步先取两个最小权值作为左右子树构造一个新树，即取1，2构成新树，其结点为1+2=3，如图：

第二步再把新生成的权值为3的结点放到剩下的集合中，所以集合变成{5,4,3,3}，再根据第二步，取最小的两个权值构成新树，如图：

再依次建立哈夫曼树，如下图：

其中各个权值替换对应的字符即为下图：

所以各字符对应的编码为：A->11,B->10,C->00,D->011,E->010

实现代码

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2020 shx
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  tmp.c
 *    Description:  This file
 *
 *        Version:  1.0.0(04/20/2020)
 *         Author:  tianjincheng <[email protected]>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "04/20/2020 10:08:09 AM"
 *
 ********************************************************************************/

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#define H_MAXBIT 100
#define H_MAXVALUE 1000
#define H_MAXLEAF 30  //叶子节点数目
#define H_MAXNODE (((H_MAXLEAF)*2)-1)  //节点数目

typedef struct  //定义编码结构体
{
    int bit[H_MAXBIT];
    int start;
}HCodeType;

typedef struct //定义节点结构体
{
    int weight;
    int parent;
    int lchild;
    int rchild;
}HNodeType;

//构造哈夫曼树
void HuffmanTree(HNodeType HuffNode[H_MAXNODE], int n)
{
    int i, j, m1, m2, x1, x2;
    for (i = 0; i < 2*n-1; ++i)
    {
        HuffNode[i].weight = 0;
        HuffNode[i].parent = -1;
        HuffNode[i].lchild = -1;
        HuffNode[i].rchild = -1;
    }

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        char *buf[5] = {"A","B","C","D","E"};
        /*输入每个节点的权值*/
        printf("输入[%s]节点的权值: \n", buf[i]);
        scanf("%d", &HuffNode[i].weight);
    }
    /*构造哈夫曼树*/
    for (i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        m1 = m2 = H_MAXVALUE;
        x1 = x2 = 0;
        /*找出权值最小的节点，并合并为一个二叉树*/
        for (j = 0; j < n + i; j++)
        {
            if (HuffNode[j].weight < m1&&HuffNode[j].parent == -1)
            {
                m2 = m1;
                x2 = x1;
                m1 = HuffNode[j].weight;
                x1 = j;
            }
            else if (HuffNode[j].weight < m2 && HuffNode[j].parent == -1)
            {
                m2 = HuffNode[j].weight;
                x2 = j;
            }
        }
        HuffNode[x1].parent = n + i;
        HuffNode[x2].parent = n + i;
        HuffNode[n + i].weight = HuffNode[x1].weight + HuffNode[x2].weight;
        HuffNode[n + i].lchild = x1;
        HuffNode[n + i].rchild = x2;
    }

}

int main()
{
    char* buf[5] = { "A","B","C","D","E" };

    HNodeType HufNode[H_MAXNODE];
    HCodeType HufCode[H_MAXLEAF], cd;

    int i, j, c, p, n;
    printf("输入需要编码的节点数目:\n");
    scanf("%d", &n);
    if (n < 0 || n> 6)
    {
        printf("输入参数不合法，请输入0<x<6\n");
        return 0;

    }
    HuffmanTree(HufNode, n);

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        cd.start = n - 1;
        c = i;
        p = HufNode[c].parent;
        while (p != -1)
        {
            if (HufNode[p].lchild == c)
            {
                cd.bit[cd.start] = 0;
            }
            else
            {
                cd.bit[cd.start] = 1;
            }
            cd.start--;
            c = p;
            p = HufNode[c].parent;
        }

        for (j = cd.start + 1; j < n; j++)
        {
            HufCode[i].bit[j] = cd.bit[j];
            HufCode[i].start = cd.start;
        }
    }

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("[%s]节点的哈夫曼编码为: ", buf[i]);
        for (j = HufCode[i].start + 1; j < n; j++)
        {
            printf("%2d", HufCode[i].bit[j]);
        }
        printf("\n");
    }
    getchar();
    system("pause");
    return 0;
}