#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef struct
{
int weight; //权值
int parent; //父结点序号
int left; //左子树序号
int right; //右子树序号
}HuffmanTree;
typedef char *HuffmanCode; //Huffman编码
void SelectNode(HuffmanTree *ht,int n,int *bt1,int *bt2)
//从1~x个结点选择parent结点为0,权重最小的两个结点
{
int i;
HuffmanTree *ht1,*ht2,*t;
ht1=ht2=NULL; //初始化两个结点为空
for(i=1;i<=n;++i) //循环处理1~n个结点（包括叶结点和非叶结点）
{
if(!ht[i].parent) //父结点为空(结点的parent=0)
{
if(ht1==NULL) //结点指针1为空
{
ht1=ht+i; //指向第i个结点
continue; //继续循环
}
if(ht2==NULL) //结点指针2为空
{
ht2=ht+i; //指向第i个结点
if(ht1->weight>ht2->weight) //比较两个结点的权重，使ht1指向的结点权重小
{
t=ht2;
ht2=ht1;
ht1=t;
}
continue; //继续循环
}
if(ht1 && ht2) //若ht1、ht2两个指针都有效
{
if(ht[i].weight<=ht1->weight) //第i个结点权重小于ht1指向的结点
{
ht2=ht1; //ht2保存ht1，因为这时ht1指向的结点成为第2小的
ht1=ht+i; //ht1指向第i个结点
}else if(ht[i].weight<ht2->weight){ //若第i个结点权重小于ht2指向的结点
ht2=ht+i; //ht2指向第i个结点
}
}
}
}
if(ht1>ht2){ //增加比较，使二叉树左侧为叶结点
*bt2=ht1-ht;
*bt1=ht2-ht;
}else{
*bt1=ht1-ht;
*bt2=ht2-ht;
}
}
void CreateTree(HuffmanTree *ht,int n,int *w)
{
int i,m=2*n-1;//总的节点数
int bt1,bt2; //二叉树结点序与
if(n<=1) return ; //只有一个结点，无法创建
for(i=1;i<=n;++i) //初始化叶结点
{
ht[i].weight=w[i-1];
ht[i].parent=0;
ht[i].left=0;
ht[i].right=0;
}
for(;i<=m;++i)//初始化后续结点
{
ht[i].weight=0;
ht[i].parent=0;
ht[i].left=0;
ht[i].right=0;
}
for(i=n+1;i<=m;++i) //逐个计算非叶结点，创建Huffman树
{
SelectNode(ht,i-1,&bt1,&bt2); //从1~i-1个结点选择parent结点为0,权重最小的两个结点
ht[bt1].parent=i;
ht[bt2].parent=i;
ht[i].left=bt1;
ht[i].right=bt2;
ht[i].weight=ht[bt1].weight+ht[bt2].weight;
}
}
void HuffmanCoding(HuffmanTree *ht,int n,HuffmanCode *hc)//,char *letters)
{
char *cd;
int start,i;
int current,parent;
cd=(char*)malloc(sizeof(char)*n);//用来临时存放一个字符的编码结果
cd[n-1]='\0'; //设置字符串结束标志
for(i=1;i<=n;i++)
{
start=n-1;
current=i;
parent=ht[current].parent;//获取当前结点的父结点
while(parent) //父结点不为空
{
if(current==ht[parent].left)//若该结点是父结点的左子树
cd[--start]='0'; //编码为0
else //若结点是父结点的右子树
cd[--start]='1'; //编码为1
current=parent; //设置当前结点指向父结点
parent=ht[parent].parent; //获取当前结点的父结点序号
}
hc[i-1]=(char*)malloc(sizeof(char)*(n-start));//分配保存编码的内存
strcpy(hc[i-1],&cd[start]); //复制生成的编码
}
free(cd); //释放编码占用的内存
}
void Encode(HuffmanCode *hc,char *alphabet,char *str,char *code)
//将一个字符串转换为Huffman编码
//hc为Huffman编码表 ,alphabet为对应的字母表,str为需要转换的字符串,code返回转换的结果
{
int len=0,i=0,j;
code[0]='\0';
while(str[i])
{
j=0;
while(alphabet[j]!=str[i])
j++;
strcpy(code+len,hc[j]); //将对应字母的Huffman编码复制到code指定位置
len=len+strlen(hc[j]); //累加字符串长度
i++;
}
code[len]='\0';
}
void Decode(HuffmanTree *ht,int m,char *code,char *alphabet,char *decode)
//将一个Huffman编码组成的字符串转换为明文字符串
//ht为Huffman二叉树,m为字符数量,alphabet为对应的字母表,str为需要转换的字符串,decode返回转换的结果
{
int position=0,i,j=0;
m=2*m-1;
while(code[position]) //字符串未结束
{
for(i=m;ht[i].left && ht[i].right; position++) //在Huffman树中查找左右子树为空 ，以构造一个Huffman编码
{
if(code[position]=='0') //编码位为0
i=ht[i].left; //处理左子树
else //编译位为 1
i=ht[i].right; //处理右子树
}
decode[j]=alphabet[i-1]; //得到一个字母
j++;//处理下一字符
}
decode[j]='\0'; //字符串结尾
}
int main()
{
int i,n=4,m;
char test[]="DBDBDABDCDADBDADBDADACDBDBD";
char code[100],code1[100];
char alphabet[]={'A','B','C','D'}; //4个字符
int w[]={5,7,2,13} ;//4个字符的权重
HuffmanTree *ht;
HuffmanCode *hc;
m=2*n-1;
ht=(HuffmanTree *)malloc((m+1)*sizeof(HuffmanTree)); //申请内存，保存赫夫曼树
if(!ht)
{
printf("内存分配失败！\n");
exit(0);
}
hc=(HuffmanCode *)malloc(n*sizeof(char*));
if(!hc)
{
printf("内存分配失败！\n");
exit(0);
}
CreateTree(ht,n,w); //创建赫夫曼树
HuffmanCoding(ht,n,hc); //根据赫夫曼树生成赫夫曼编码
for(i=1;i<=n;i++) //循环输出赫夫曼编码
printf("字母:%c,权重:%d,编码为 %s\n",alphabet[i-1],ht[i].weight,hc[i-1]);
Encode(hc,alphabet,test,code); //根据赫夫曼编码生成编码字符串
printf("\n字符串:\n%s\n转换后为:\n%s\n",test,code);
Decode(ht,n,code,alphabet,code1); //根据编码字符串生成解码后的字符串
printf("\n编码:\n%s\n转换后为:\n%s\n",code,code1);
//getch();
return 0;
}
