赫夫曼树-构造-编码-译码

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>

#define MAXLEAF  30		//最大叶子数 
#define MAXNODE  2 * MAXLEAF-1	//最大结点数 
#define MAXVALUE 10000		//最大值，用于初始化
#define MAXBIT   100		//编码的长度 

typedef struct HuffmanNode	/* 结点结构体 */
{
	double weight;  //权植
	int parent;	//双亲
	int lChild;	//左孩子
	int rChild;	//右孩子
	string value;	//数据
}HNodeType;

typedef struct HuffmanCode	/* 编码结构体 */
{
	int bit[MAXBIT];        //存储二进制编码的数组
	int start;		//编码开始下标
}HCodeType;

HNodeType HuffNode[MAXNODE]; /* 定义一个结点结构体数组 */
HCodeType HuffCode[MAXLEAF]; /* 定义一个编码结构体数组，长度为叶子的个数*/

/* 构造哈夫曼树 */
void CreateHuffmanTree(HNodeType HuffNode[MAXNODE], int n)
{
	//1、初始化: 权植为0，双亲及左右孩子为-1
	for (int i = 0; i < 2 * n - 1; i++)
	{
		HuffNode[i].weight = 0;
		HuffNode[i].parent = -1;
		HuffNode[i].lChild = -1;
		HuffNode[i].rChild = -1;
	}

	//2、输入n个叶子结点及其权植
	for (int j = 0; j < n; j++)
	{
		cout << "Please input value and weight of leaf node " << j + 1 << endl;
		cin >> HuffNode[j].value;
		cin >> HuffNode[j].weight;
	}

	//3、构造 Huffman 树 
	for (int i = 0; i<n-1; i++) //n个结点，n-1次合并
	{
		double m1, m2;	/* m1、m2中分别存放两个无父结点且结点权值 最小和次小 的两个结点 */
		int x1, x2;     /* 分别对应m1和m2的下标值 */

		m1 = m2 = MAXVALUE;
		x1 = x2 = 0;
		//3.1 从叶子结点中找最小和次小权植[这些叶子结点包括合并产生的结点]
		for (int j = 0; j < n+i; j++)
		{
			if (HuffNode[j].parent == -1 && HuffNode[j].weight < m1) //双亲不等于 -1不是叶子结点，不再作比较
			{
				//比最小还小的值，最小先变次小，再把此值变最小
				m2 = m1;
				x2 = x1;
				m1 = HuffNode[j].weight;
				x1 = j;
			}
			else if (HuffNode[j].parent == -1 && HuffNode[j].weight < m2)
			{
				//比次小还小的值，直接把此值变次小
				m2 = HuffNode[j].weight;
				x2 = j;
			}
		}

		//3.2 更新树的信息【相当于填表】
		HuffNode[n + i].weight = m1 + m2;	//生成的权植 放入下标为n+i的结点中
		HuffNode[x1].parent = n + i;		//最小权植的双亲 放入生成的权植的下标
		HuffNode[x2].parent = n + i;		//次小权植的双亲 放入生成的权植的下标
		HuffNode[n + i].lChild = x1;		//生成的权植左孩子 放入最小的下标
		HuffNode[n + i].rChild = x2;		//生成的权植右孩子 放入次小的下标

		/* 用于测试 */
		cout << "x1.weight and x2.weight in round " //round: 一轮
			 << i + 1 << "\t" 
			 << HuffNode[x1].weight << "\t" 
			 << HuffNode[x2].weight << endl; 
	}

}

/* 哈夫曼树编码 */
void HuffmanTreeCode(HCodeType HuffCode[MAXLEAF], int n)
{
	/* 定义一个临时变量来存放求解编码时的信息 */
	HCodeType cb;      //cb: common buffer(公共缓冲区)

	int i, j, child, parent;
	
	//对n个叶子结点进行编码
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		cb.start = n - 1;    //从后向前进行编码
		child = i;
		parent = HuffNode[child].parent;

		while (parent != -1) //不是树根就一直编码
		{
			//左孩子编号为0
			if (HuffNode[parent].lChild == child)
			{
				cb.bit[cb.start] = 0;
			}
			else
			{
				//右孩子编号为1
				cb.bit[cb.start] = 1;
			}

			cb.start--;
			child = parent;
			parent = HuffNode[child].parent;
		}
		/* 把叶子结点的编码信息从临时编码cd中复制出来，放入编码结构体数组 */
		for (j = cb.start + 1; j < n; j++)
		{
			HuffCode[i].bit[j] = cb.bit[j];
		}
		HuffCode[i].start = cb.start;
	}

}

/* 哈夫曼树译码 */
void HuffmanTreeDecode(HCodeType HuffCode[MAXLEAF], int n)
{
	for (int i = 0; i < n; i++)//叶子结点
	{
		cout << HuffNode[i].value << "HuffmanTree Decode is: ";
		//从前向后进行译码
		for (int j = HuffCode[i].start+1; j < n; j++)//译码开始下标
		{
			cout << HuffCode[i].bit[j];//输出译码
		}
		cout << endl;
	}
}

void test01()
{
	int n;
	cout << "请输入叶子结点的个数：" << endl;
	cin >> n;

	CreateHuffmanTree(HuffNode, n);// 构造哈夫曼树 

	HuffmanTreeCode(HuffCode, n);  // 哈夫曼树编码

	HuffmanTreeDecode(HuffCode, n);// 哈夫曼树译码

}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

确定合适的数据结构。[顺序存储，结构体数组]

哈夫曼树中没有度为1的结点，则一棵有n个叶子结点的哈夫曼树共有2n - 1个结点(n - 1次的“合并”，每次产生一个新结点)。

构成哈夫曼树后，编码需从叶子结点出发走一条从叶子到根的路径。

译码需要从根出发走一条从根到叶子的路径。那么对于每个结点而言，需要知道每个结点的权值、双亲、左孩子、右孩子和结点的信息。

标签：编码,结点,parent,int,cb,HuffNode,译码,夫曼
来源： https://www.cnblogs.com/gmengshuai/p/13975949.html