C++哈夫曼树编码和译码的实现
作者:Dmego 发布时间:[ 2016/11/16 10:43:56 ] 推荐标签:C++ 哈夫曼树
一.背景介绍:
给定n个权值作为n个叶子结点,构造一棵二叉树,若带权路径长度达到小,称这样的二叉树为优二叉树,也称为哈夫曼树(Huffman Tree)。哈夫曼树是带权路径长度短的树,权值较大的结点离根较近。
二.实现步骤:
1.构造一棵哈夫曼树
2.根据创建好的哈夫曼树创建一张哈夫曼编码表
3.输入一串哈夫曼序列,输出原始字符
三.设计思想:
1.首先要构造一棵哈夫曼树,哈夫曼树的结点结构包括权值,双亲,左右孩子;假如由n个字符来构造一棵哈夫曼树,则共有结点2n-1个;在构造前,先初始化,初始化操作是把双亲,左右孩子的下标值都赋为0;然后依次输入每个结点的权值
2.第二步是通过n-1次循环,每次先找输入的权值中小的两个结点,把这两个结点的权值相加赋给一个新结点,,并且这个新结点的左孩子是权值小的结点,右孩子是权值第二小的结点;鉴于上述找到的结点都是双亲为0的结点,为了下次能正确寻找到剩下结点中权值小的两个结点,每次循环要把找的权值小的两个结点的双亲赋值不为0(i).这样通过n-1循环下、操作,创建了一棵哈夫曼树,其中,前n个结点是叶子(输入的字符结点)后n-1个是度为2的结点
3.编码的思想是逆序编码,从叶子结点出发,向上回溯,如果该结点是回溯到上一个结点的左孩子,则在记录编码的数组里存“0”,否则存“1”,注意是倒着存;直到遇到根结点(结点双亲为0),每一次循环编码到根结点,把编码存在编码表中,然后开始编码下一个字符(叶子)
4.译码的思想是循环读入一串哈夫曼序列,读到“0”从根结点的左孩子继续读,读到“1”从右孩子继续,如果读到一个结点的左孩子和右孩子是否都为0,如果是说明已经读到了一个叶子(字符),翻译一个字符成功,把该叶子结点代表的字符存在一个存储翻译字符的数组中,然后继续从根结点开始读,直到读完这串哈夫曼序列,遇到结束符便退出翻译循环
四.源代码:
1 /***************************************
2 目的:1.根据输入的字符代码集及其权值集,
3 构造赫夫曼树,输出各字符的赫夫曼编码
4 2.输入赫夫曼码序列,输出原始字符代码
6 ****************************************/
7 #include<iostream>
8 #define MAX_MA 1000
9 #define MAX_ZF 100
10 using namespace std;
11
12 //哈夫曼树的储存表示
13 typedef struct
14 {
15 int weight; //结点的权值
16 int parent, lchild, rchild;//双亲,左孩子,右孩子的下标
17 }HTNode,*HuffmanTree; //动态分配数组来储存哈夫曼树的结点
18
19 //哈夫曼编码表的储存表示
20 typedef char **HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码
21
22 //返回两个双亲域为0且权值小的点的下标
23 void Select(HuffmanTree HT, int n, int &s1, int &s2)
24 {
25 /*n代表HT数组的长度
26 */
27
28 //前两个for循环找所有结点中权值小的点(字符)
29 for (int i = 1; i <= n; i++)
30 {//利用for循环找出一个双亲为0的结点
31 if (HT[i].parent == 0)
32 {
33 s1 = i;//s1初始化为i
34 break;//找到一个后立即退出循环
35 }
36 }
37 for (int i = 1; i <= n; i++)
38 {/*利用for循环找到所有结点(字符)权值小的一个
39 并且保证该结点的双亲为0*/
40 if (HT[i].weight < HT[s1].weight && HT[i].parent == 0)
41 s1 = i;
42 }
43 //后两个for循环所有结点中权值第二小的点(字符)
44 for (int i = 1; i <= n; i++)
45 {//利用for循环找出一个双亲为0的结点,并且不能是s1
46 if (HT[i].parent == 0 && i != s1)
47 {
48 s2 = i;//s2初始化为i
49 break;//找到一个后立即退出循环
50 }
51 }
52
53 for (int i = 1; i <= n; i++)
54 {/*利用for循环找到所有结点(字符)权值第二小的一个,
55 该结点满足不能是s1且双亲是0*/
56 if (HT[i].weight < HT[s2].weight && HT[i].parent == 0 && i!= s1)
57 s2 = i;
58 }
59
60 }
61
62 //构造哈夫曼树
63 void CreateHuffmanTree(HuffmanTree &HT, int n)
64 {
65 /*-----------初始化工作-------------------------*/
66 if (n <= 1)
67 return;
68 int m = 2 * n - 1;
69 HT = new HTNode[m + 1];
70 for (int i = 1; i <= m; ++i)
71 {//将1~m号单元中的双亲,左孩子,右孩子的下标都初始化为0
72 HT[i].parent = 0; HT[i].lchild = 0; HT[i].rchild = 0;
73 }
74 for (int i = 1; i <= n; ++i)
75 {
76 cin >> HT[i].weight;//输入前n个单元中叶子结点的权值
77 }
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