哈夫曼编码译码器数据结构C语言

一、需求分析目前，进行快速远距离通信的主要手段是电报，即将需传送的文字转化成由二级制的字符组成的字符串。

例如，假设需传送的电文为“ABACCDA ”，它只有4种字符，只需两个字符的串，便可以分辨。

假设A 、B 、C 、D 、的编码分别为00,01,10和11，则上述7个字符的电文便为“00010010101100”，总长14位，对方接受时，可按二位一分进行译码。

当然，在传送电文时，希望总长尽可能地短。

如果对每个字符设计长度不等的编码，且让电文中出现次数较多的字符采用尽可能短的编码，则传送电文的总长便可减少。

如果设计A 、B 、C 、D 的编码分别为0,00,1,01，则上述7个字符的电文可转换成总长为9的字符串“000011010”。

但是，这样的电文无法翻译，例如传送过去的字符串中前4个字符的字串“0000”就可以有很多种译法，或是“AAAA ”或者“BB ”，或者“ABA ”等。

因此，若要设计长短不等的编码，则必须是任一字符的编码都不是另一个字符的编码的前缀，这种编码称作前缀编码。

然而，如何进行前缀编码就是利用哈夫曼树来做，也就有了现在的哈夫曼编码和译码。

二、概要设计利用哈夫曼树编/译码 （一）、建立哈夫曼树 （二）、对哈夫曼树进行编码 （三）、输出对应字符的编码 （四）、译码过程主要代码实现： struct code //结构体的定义 { char a; int w; int parent; int lchild; int rchild; };void creation(code *p,int n,int m); //建立哈夫曼树 void coding(code *p,int n); //编码 void display(code *p,int n,int m); //输出函数 void translate(char **hc,code *p,int n); //译码三、 详细设计（一）、建立哈夫曼树2 3 4 5 * * * 6 7序号：权值： 1 2 3 4 3 6 10 6 图3-1 图（二）、对哈夫曼树进行编码主要代码实现：for(c=i,f=p[i].parent;f!=0;c=f,f=p[f].parent){if(p[f].lchild==c) //左孩子编码为'0'{cd[--start]='0';}else //右孩子编码为'1'{cd[--start]='1';}}（三）、输出对应字符的码（四）、译码过程主要代码实现：if(strcmp(a,hc[i])==0) //比较两个字符串是否相等，相等则输出0 {for(c=2*n-1,j=0;a[j]!='\0';j++) //从根出发，按字符'0'或'1'确定找左孩子或右孩子{if(a[j]=='0') //左孩子{c=p[c].lchild;}else{c=p[c].rchild; //右孩子}}图3-4表3-1从叶子到根逆向求编码从跟到叶子顺向求字符图3-5四、调试分析（一）、数字的输入判断图4-1（二）、字母的输入判断图4-2（三）、程序是否继续进行的判断图4-3五、用户手册（一）、首先根据提示输入初始化数据，提示输入一个数字，请输入一个数a，0<a<9999；提示输入一个字母，则请输入一个字母（a~z)或者(A~Z)中的一个字符；请勿在输入一个数字后再输入一个字符，或者在输入一个字符后再输入一个数字。

（二）在某一界面结束后，会有“请按回车继续下面操作”提示，请按提示进行操作，如输入其他数字则无效，知道输入回车符界面才会跳转。

（三）对界面的操作可以自行选择，在询问是否译码的时候，请按要求进行选择，在一次译码结束后会询问是否继续译码，如需要则输入y或者Y，输入其他字符则退出程序。

六、测试结果（一）、初始化图6-1（二）、建立哈夫曼树（三）、哈夫曼编码（四）、哈夫曼译码（五）、错误判定图6-2图6-3图6-4 图6-5附录：源代码：#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<malloc.h>struct code //结构体的定义{char a;int w;int parent;int lchild;int rchild;};void creation(code *p,int n,int m); //建立哈夫曼树void coding(code *p,int n); //编码void translate(char **hc,code *p,int n);//译码void display(code *p,int n,int m); //输出函数//主函数void main(){int i,n,m;code *ht;printf("字符的数量:\n(请输入一个大于0的数字,输入多个数字则按第一个数字运行)\n");while(scanf("%d",&n)!=1||n<0||n>9999){printf("重新输入：\n");fflush(stdin);}m=2*n-1; //哈夫曼树中没有度为1的结点，故含有m=2n-1个结点ht=(code*)malloc((m+1)*sizeof(code));//动态申请内存for(i=1;i<=n;i++) //对1~n的数进行初始化{printf("输入编码中的字符(请输入一个字母):\n");fflush(stdin);scanf("%c",&ht[i].a);while(!(ht[i].a>'a'||ht[i].a<'z'||ht[i].a>'A'||ht[i].a<'Z')){printf("重新输入：\n");fflush(stdin);scanf("%c",&ht[i].a);//清空输入缓冲区，往往是确保不影响后面数据的读取}printf("输入字符的权值(请输入一个数字):\n");while(scanf("%d",&ht[i].w)!=1||ht[i].w<0||ht[i].w>9999){printf("重新输入：\n");fflush(stdin); //清空输入缓冲区，往往是确保不影响后面数据的读取}ht[i].lchild=0;ht[i].rchild=0;ht[i].parent=0;}for(i=n+1;i<=m;i++) //对n+1~2n-1的数进行初始化{ht[i].a='*';ht[i].w=0;ht[i].lchild=0;ht[i].rchild=0;ht[i].parent=0;}creation(ht,n,m);printf("请按回车进入哈夫曼树对应界面\n");getchar();getchar();system("cls");display(ht,n,m);printf("请按回车进入编码对应界面\n");getchar();system("cls");coding(ht,n);getchar();}void creation(code *ht,int n,int m){int i,j,m1,m2,t1,t2;for(i=n+1;i<=m;i++){j=1; //找到第一个最小值（双亲不为0）while(ht[j].parent!=0) //找到表中第一个没有双亲的结点{j++;}t1=ht[j].w;m1=j;for(j=m1+1;j<=m;j++){if(ht[j].parent==0&&ht[j].w!=0)//条件(ht[j].w!=0)是因为n~2n-1的权值初始值为0{if(ht[j].w<t1){t1=ht[j].w;m1=j;}}}ht[m1].parent=i; //第一个值的双亲为ht[i]ht[i].lchild=m1; //h[i]的的左孩子是最小值的序号j=1; //剩余中找到第二个最小值（双亲不为0）while(ht[j].parent!=0){j++;}t2=ht[j].w;m2=j;for(j=m2+1;j<=m;j++){if(ht[j].parent==0&&ht[j].w!=0){if(ht[j].w<t2){t2=ht[j].w;m2=j;}}}ht[m2].parent=i; //第二个值的双亲为ht[i]ht[i].rchild=m2; //h[i]的的左孩子是最小值的序号ht[i].w=t1+t2; //h[i]的权值是找到的两个值的权值之和}}void coding(code *p,int n){int i,c,f;char **hc; //指针的指针char *cd;char ch;int start;hc=(char**)malloc((n+1)*sizeof(char *)); //分配n个字符编码的头指针向量cd=(char*)malloc(n*sizeof(char)); //分配求编码的工作空间cd[n-1]='\0'; //编码结束符for(i=1;i<=n;i++){start=n-1;for(c=i,f=p[i].parent;f!=0;c=f,f=p[f].parent)//从叶子到根逆向求编码{if(p[f].lchild==c) //左孩子编码为'0'{cd[--start]='0';}else //右孩子编码为'1'{cd[--start]='1';}}hc[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));//为第i个字符编码分配空间strcpy(hc[i],&cd[start]); //从cd复制编码（串）到hc,&是取地址符，即取首地址，从start位置到'\0'的编码为止。

}free(cd); //释放工作空间printf("\n输出编码后的结果：\n");printf("符号数码\n");for(i=1;i<=n;i++){printf("\n%c %s\n",p[i].a,hc[i]);}printf("是否进行译码操作，是则译码，否则退出程序！\n是（输入y/Y）否（输入其他字符）\n");scanf("%d",&ch);if(ch=='y'||ch=='Y'){translate(hc,p,n);}elseexit(0);}void translate(char **hc,code *p,int n){char a[10],ch;int i,j,c;do{printf("\n\n\n请输入编码：\n");scanf("%s",a); //回车之后会自动生成'\0'for(i=1;i<=n;i++){if(strcmp(a,hc[i])==0) //比较两个字符串是否相等，相等则输出0{for(c=2*n-1,j=0;a[j]!='\0';j++) //从根出发，按字符'0'或'1'确定找左孩子或右孩子{if(a[j]=='0') //左孩子{c=p[c].lchild;}else{c=p[c].rchild; //右孩子}}printf("字符是：\n");printf("%c\n",p[c].a);break;}}if(i>n){printf("编码不存在对应的字符！\n");}printf("是否继续输入?是（输入y或者Y）否(其他）\n");fflush(stdin);scanf("%c",&ch);}while(ch=='y'||ch=='Y');}void display(code *p,int n,int m){int i;printf("\n序号码值权值双亲左孩子右孩子\n");for(i=1;i<=m;i++){printf("%d %c %d %d %d %d\n",i,p[i].a,p[i].w,p[i].parent,p[i].lchild,p[i].rchild);}}设计体会通过这个课程设计，让我对数据结构这门课程有了更深一步的了解，对以后的深造奠定了基础。