1、问题描述
利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率,缩短信息传输时间,降低传输成本。构造哈夫曼树时,首先将由n个字
符形成的n个叶子结点存放到数组HuffNode的前n个分量中,然后根据哈夫曼方法的基本思想,不断将两个较小的子树合并为一个
较大的子树,每次构成的新子树的根结点顺序放到HuffNode数组中的前n个分量的后面。
通俗的来讲,哈弗曼树就是一种广泛应用的二叉树,哈弗曼树可以用来构造最优编码,用于信息的传输,压缩等方面
哈弗曼树也可以理解为,最小二叉树,最优二叉树。
2、数据结构设计
#define MAXVALUE 32767
typedef struct{ //哈夫曼树结构体
int weight; //输入权值
int parent,lchild,rchild; //双亲节点,左孩子,右孩子
}HNodeType;
typedef struct{ //哈夫曼编码结构体
int bit[8]; //存放当前结点的哈夫曼编码
int start; //bit[start]-bit[8[存放哈夫曼编码
}HCodeType;
HNodeType HuffNode[8]; //定义全局变量数组HuffNode存放哈夫曼树
HCodeType HuffCode[8]; //定义全局变量数组HuffCode存放哈夫曼编码
int n; //定义全局变量n表示叶子结点个数
3、函数说明
void CreateHuffTree(void); //构造哈夫曼树
void PrintHuffTree(void); //输出哈夫曼树
void CreateHuffCode(void); //构造哈夫曼编码
void PrintHuffcode(void); //输出每个叶子结点的哈夫曼编码
4、函数功能实现
<1>构造哈弗曼树
void CreateHuffTree(void){ //构造哈夫曼树
int i,j,a,b,x1,x2;
scanf("%d",&n); //输入叶子节点个数
for(i=1;i<2*n;i++) //HuffNode 初始化
{
HuffNode[i].weight=0;
HuffNode[i].parent=-1;
HuffNode[i].lchild=-1;
HuffNode[i].rchild=-1;
}
printf("输入%d个节点的权值\n",n);
for(i=1;i<=n;i++)
scanf("%d",& HuffNode[i].weight);//输入N个叶子节点的权值
for(i=1;i<n;i++){ //构造哈夫曼树
a=MAXVALUE;
b=MAXVALUE;
x1=0;
x2=0;
for(j=1;j<n+i;j++){ //选取最小和次小两个权值
if(HuffNode[j].parent==-1&&HuffNode[j].weight<a){
b=a;
x2=x1;
a=HuffNode[j].weight;
x1=j;
}
else
if(HuffNode[j].parent==-1&&HuffNode[j].weight<b){
b=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;
}
}
<2>输出哈弗曼树
void PrintHuffTree() { //输出哈夫曼树
int i;
printf("\n哈夫曼树各项数据如下表所示:\n");
printf(" 结点i weight parent lchid rchild\n");
for(i=1;i<2*n;i++)
printf("\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n",i,HuffNode[i].weight,HuffNode[i].parent,
HuffNode[i].lchild,HuffNode[i].rchild);
printf("\n");
}
<3>构造哈夫曼编码
void CreateHuffCode(void){ //构造哈夫曼编码
HCodeType cd;
int i,j,c,p;
for(i=1;i<=n;i++){
cd.start=n;
c=i;
p=HuffNode[c].parent;
while(p!=-1){
if(HuffNode[p].lchild==c)
cd.bit[cd.start]=0;
else
cd.bit[cd.start]=1;
cd.start--;
c=p;
p=HuffNode[c].parent;
}
for(j=cd.start+1;j<=n;j++)
HuffCode[i].bit[j]=cd.bit[j];
HuffCode[i].start=cd.start;
}
}
<4>输出哈夫曼编码
void PrintHuffcode(void){ //输出每个叶子结点的哈夫曼编码
int i,j;
printf("每个叶子结点的哈夫曼编码为:\n");
for(i=1;i<=n;i++)
{ for(j=HuffCode[i].start+1;j<=n;j++)
printf("%d",HuffCode[i].bit[j]);
printf("\n");
}
}
<5>主函数
int main(void){
printf("输入叶子节点个数\n");
CreateHuffTree(); //构造哈夫曼树
PrintHuffTree(); //输出哈夫曼树
CreateHuffCode(); //构造哈夫曼编码
PrintHuffcode(); //输出每个叶子结点的哈夫曼编码
return 0;
}
程序运行结果如下