eeeeelin 发表于 2013-8-5 12:34:48

Huffman编码

本帖最后由 eeeeelin 于 2013-8-9 20:40 编辑

仿照小甲鱼的数据结构与算法课程,自己写了一个Huffman编码!不过就是有个BUG,就是当输入的字符串太长的时候,程序就会崩毁的,如果有解决办法,请留言告诉我哈,谢谢了!!!!

#pragma once
#ifndef HUFFMAN_H
#define HUFFMAN_H

#define UINT unsigned int
#define MAXSIZE100
#define EXTENDSIZE 4

#define OK 0
#define ERROR -1
#define TRUE 1
#define FALSE 0

typedef int Status;
/*
*=============================================================================
*huffman树节点
*=============================================================================
*/
typedef struct _huffmanNode
{
    UINT weight;   //权重
    char symbol;      //符号
    char code;   //编码
    struct _huffmanNode *left;//左子树
    struct _huffmanNode *right; //右子树
}huffmanNode;   //树节点的具体内容
/*
*=============================================================================
*链队列,用于存放huffman树节点
*=============================================================================
*/
typedef huffmanNode ElementType;

typedef struct _queueNode
{
    ElementType data;//具有树节点的元素
    struct _queueNode *next;
}queueNode;   //队列节点的具体内容

typedef struct
{
    queueNode *front;   //队头
    queueNode *rear;    //队尾
    int queueSize;      //当前队列的大小
}linkQueue;//链队列
/*
*============================================================================
*这个节点用于存放huffman树编码
*============================================================================
*/
typedef struct
{
    char symbol;   //存放符号
    UINT weight;   //权重
    char *code;    //编码
}storeCode;
/*===========================================================================*/
Status selectWeight(linkQueue *Q, char *inputString);//对权重进行统计,就是对输入的字符出现次数统计,将节点按权值从小到大放入队列
huffmanNode* createHuffmanTree(linkQueue *Q);   //创建haffman树
Status huffmanCode(huffmanNode *root, char *stringToCode, char *inputString);//huffman编码
Status huffmandeCode(huffmanNode *T, char *stringToDecode);    //huffman解码
Status huffmanShow(huffmanNode *T);//递归遍历huffman树

Status queueInit(linkQueue *Q);   //初始化队列
Status enQueue(linkQueue *Q, ElementType *X);//入队
huffmanNode* deQueue(linkQueue *Q);//出队
Status isEmpty(linkQueue *Q);//判断队列是否为空
Status queueShow( linkQueue *Q );   //遍历队列
void queueDestroy(linkQueue *Q);//销毁队列
Status orderEnQueue(linkQueue *Q, ElementType *X);   //由小到大排序入队

#endif

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "huffman.h"

/*
*=============================================================================
*对权重进行统计,就是对输入的字符出现次数统计,将节点按权值从小到大放入队列
*=============================================================================
*/
Status selectWeight(linkQueue *Q, char *inputString)
{
    int *probability;    //用来统计字符串出现的次数
    int i, j;//循环变量
    huffmanNode *tmp;//具有树结构的临时变量

    probability = (int *)malloc(sizeof(int)*256 );   //分配内存
    if(NULL == probability)
      return ERROR;

    memset(probability, 0, sizeof(int)*256);   //将problilty的元素重置为0

    for(i = 0; inputString != '\0'; i++)   //统计输入字符串的字符出现的次数
    {//比如说:I在字符串中出现了,那么probability++,就在相应的ACSII上I的位置+1
      probability[(unsigned char)inputString]++;
    }

    for(j = 0; j < 256; j++)         //对出现的字符分配内存
    {
      if(probability != 0)
      {
            tmp = (huffmanNode *)malloc(sizeof(huffmanNode));
            if(NULL == tmp)
            return ERROR;

            tmp->symbol = (char)j;   //将字符j放到tmp->symbol
            tmp->weight = probability;//权重为probability
            tmp->left = NULL;
            tmp->right = NULL;

            orderEnQueue(Q, tmp);//入队

            free(tmp);   //释放内存
            tmp = NULL;
      }
    }

    free(probability);   //释放内存
    probability = NULL;

    return OK;
}

/*
*=============================================================================
*创建huffman树
*=============================================================================
*/
huffmanNode* createHuffmanTree(linkQueue *Q)
{
    huffmanNode *left, *right, *current;
    huffmanNode *huffmantree;

    while(Q->queueSize != 1)   //不等于1是因为在队列要存放一个树根,到时候函数返回
    {
      left = deQueue(Q);
      right = deQueue(Q);

      current = (huffmanNode *)malloc(sizeof(huffmanNode));
      if(NULL == current)
            exit(-1);

      current->weight = left->weight + right->weight;//新节点的权重等于左右子树权重相加
      current->left = left;
      current->right = right;
      strcpy(current->code, "");    //warning:用strcpy对数组进行初始化,输出的编码记得先初始化,不然后面的编码就会有乱码

      orderEnQueue(Q, current);

      free(current);
      current = NULL;
    }

    huffmantree = deQueue(Q);//这时候队列就只有一个节点了,返回给huffman树

    return huffmantree;
}

/*
*=============================================================================
*huffman编码
*=============================================================================
*/
Status huffmanCode(huffmanNode *root, char *stringToCode, char *inputString)
{
    FILE *fp1, *fp2;
    int i = 0, j;   //专用循环变量
    huffmanNode *current = NULL;
    linkQueue Q;
    storeCode *array;   //用于存放huffman树编码的

    fp1 = fopen("huffmanCode1.txt","w");
    if(NULL == fp1)
    perror("huffmanCode1.txt");
    fp2 = fopen("huffmanCode2.txt","w");
    if(NULL == fp2)
    perror("huffmanCode2.txt");

    array = (storeCode *)malloc(sizeof(storeCode)*256);    //分配内存
    if(NULL == array)
    return ERROR;

    queueInit(&Q);//初始化huffman树队列

    enQueue(&Q, root);   //把树根入队

    while(isEmpty(&Q))    //判断队列是否为空
    {
      current = deQueue(&Q);

      if(current->left == NULL && current->right == NULL)   //如果树的左子树和右子树都为空,就说明到了树的叶子了
      {
            fprintf(fp1, "符号:%c,权重:%d,编码:%s\n", current->symbol,current->weight, current->code);
            array.symbol = current->symbol;//将输出的字符放到数组里面
            array.weight = current->weight;//将输出的权重放到数组里面
            array.code = current->code;      //将输出的编码放到数组里面,后面要用的
            i++;
      }
      if(current->left != NULL)
      {
            strcpy(current->left->code, current->code);   //把父节点的编码复制到子节点,这样才可以把父节点的编码继承下去
            strcat(current->left->code, "0");   //因为节点在左边,所以把'0'放到节点上

            enQueue(&Q, current->left);
      }
      if(current->right != NULL)
      {
            strcpy(current->right->code, current->code);//把父节点的编码复制到子节点,这样才可以把父节点的编码继承下去
            strcat(current->right->code, "1");   //因为节点在右边,所以把'1'放到节点上

            enQueue(&Q, current->right);
      }
    }

    for(i = 0, j = 0; ; i++)
    {
      if(array.symbol == inputString)
      {
            strcat(stringToCode, array.code);   //将编好的码用strcat连接起来
            if(strlen(stringToCode) >= MAXSIZE)   //防止stringToCode不够大
            {
                stringToCode = realloc(stringToCode, (MAXSIZE + EXTENDSIZE)*sizeof(char));
                if(NULL == stringToCode)
                returnERROR;
            }

            i = -1;   //-1是因为for那里会i++,变成0
            j++;
            if(inputString == '\0')//到了输入字符串的尾就要结束了,不然进行下去就会有乱码的
            {
                break;
            }
      }
    }
    free(array);
    array = NULL;

    for(i = 0; stringToCode != '\0'; i++)   //输出huffman编码
    {
      fprintf(fp2, "%c", stringToCode);
    }
    puts("");

    fclose(fp1);
    fclose(fp2);

    return OK;
}

/*
*=============================================================================
*huffman解码
*原理:当遇到0时向左走,遇到1时向右走,直到遇到叶子节点就读出相应的符号
*=============================================================================
*/
Status huffmandeCode(huffmanNode *T, char *stringToDecode)
{
    FILE *fp;
    int i;   //循环变量
    huffmanNode *tmp;//临时变量

    tmp = T;
    fp = fopen("huffmandeCode.txt","w");
    if(NULL == fp)
    perror("huffmandeCode.txt");

    for(i = 0; stringToDecode != '\0'; i++)
    {
      if(stringToDecode == '0')//向左走
      {
            tmp = tmp->left;
      }
      if(stringToDecode == '1')//向右走
      {
            tmp = tmp->right;
      }
      if(NULL == tmp->left && NULL == tmp->right)//到了叶子节点,输出相应的字符
      {
            fprintf(fp, "%c", tmp->symbol);
            tmp = T;
      }
      if(stringToDecode != '0' || stringToDecode != '1')//防止编码错误
      {
            continue;
      }
    }
    if(NULL == tmp->left && NULL == tmp->right)   //到了叶子节点并且输出完字符后就要回到树根再继续
    {
      fprintf(fp, "%c", tmp->symbol);
      tmp = T;
    }

    return OK;
}

/*
*=============================================================================
*递归遍历huffman树(test用的)
*=============================================================================
*/
Status huffmanShow(huffmanNode *T)
{
    if(T != NULL)
    {
      huffmanShow(T->left);   //遍历左子树
      printf("%c\t", T->symbol);//打印权重
      huffmanShow(T->right);//遍历右子树
    }

    return OK;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "huffman.h"

/*
*============================================================================
*初始化huffman树队列
*============================================================================
*/
Status queueInit(linkQueue *Q)
{
    Q->front = (queueNode *)malloc(sizeof(queueNode));
    if(NULL == Q->front)
    return ERROR;

    Q->rear = Q->front;
    Q->rear->next = NULL;
    Q->queueSize = 0;

    return OK;
}
/*
*============================================================================
*入队列
*============================================================================
*/
Status enQueue(linkQueue *Q, ElementType *X)
{
    queueNode *tmp;

    tmp = (queueNode *)malloc(sizeof(queueNode));
    if(NULL == tmp)
    return ERROR;

    tmp->data = *X;
    tmp->next = NULL;
    Q->rear->next = tmp;
    Q->rear = tmp;
    Q->queueSize++;

    return OK;
}
/*
*============================================================================
*出队列
*============================================================================
*/
huffmanNode* deQueue(linkQueue *Q)
{
    queueNode *tmp;
    huffmanNode *val;

    if(Q->front == Q->rear)
    {
      printf("队列为空,出队失败\n");
      exit(-1);
    }

    val = (huffmanNode *)malloc(sizeof(huffmanNode));
    if(NULL == val)
      exit(-1);

    tmp = Q->front->next;
    *val = tmp->data;
    Q->front->next = tmp->next;
    if(Q->rear == tmp)   //如果只有一个元素
      Q->rear = Q->front;   //重置尾指针
    Q->queueSize--;
    free(tmp);
    tmp = NULL;

    return val;
}

/*
*============================================================================
*判断队列是否为空
*============================================================================
*/
Status isEmpty(linkQueue *Q)
{
    if(Q->front == Q->rear)
    return FALSE;
    else
    return TRUE;
}

/*
*============================================================================
*遍历队列
*============================================================================
*/
Status queueShow( linkQueue *Q )
{
    queueNode *p;

        if( Q->front == Q->rear )
                return ERROR;

        p = Q->front->next;
        while( p != NULL)
        {
                printf("%c", p->data.symbol );
                p = p->next ;
        }
        puts("");

        return OK;
}

/*
*============================================================================
*销毁队列
*============================================================================
*/
void queueDestroy(linkQueue *Q)
{
    queueNode *tmp;

    tmp = Q->front->next;
    Q->front->next = NULL;
    while(tmp != NULL)
    {
      Q->rear = tmp->next;
      free(tmp);
      tmp = NULL;
      tmp = Q->rear;
    }
    Q->queueSize = 0;
}
/*
*============================================================================
*由小到大排序的入队列(画图出来很好理解的)
*============================================================================
*/
Status orderEnQueue(linkQueue *Q, ElementType *X)
{
    queueNode *tmp;
    queueNode *iterator;

    tmp = (queueNode *)malloc(sizeof(queueNode));//分配内存
    if(NULL == tmp)
    return ERROR;

    tmp->data = *X;
    if(NULL == Q->front->next || 0 == Q->queueSize)   //第一个元素入队列,直接插入就可以了
    {
      tmp->next = NULL;
      Q->rear->next = tmp;
      Q->rear = tmp;
      Q->queueSize++;
    }
    else
    {
      if(tmp->data.weight <= Q->front->next->data.weight)   //已经有了第一个元素的情况,在头节点front和front后一个
      {                                                   ////元素直接插入tmp
            tmp->next = Q->front->next;   //这两句千万记得
            Q->front->next = tmp;         //不要搞反了,会死循环的!!!!!!!!!!
            Q->queueSize++;
      }
      else
      {
            iterator = Q->front->next;
            while(iterator->next != NULL)
            {
                if(tmp->data.weight <= iterator->next->data.weight)//比较中间的元素的权重大小
                {
                  tmp->next = iterator->next;
                  iterator->next = tmp;
                  Q->queueSize++;

                  return OK;
                }
                iterator = iterator->next;
            }
            if(NULL == iterator->next)//在队尾直接插入
            {
                iterator->next = tmp;
                tmp->next = NULL;
                Q->rear = tmp;
                Q->queueSize++;
            }
      }
    }

    return OK;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "huffman.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fn = 0, fileSize = 0;   //文件指针的底层流式文件号,文件的大小
    FILE *fp;    //定义一个文件指针
    char string;   //要编码的字符串
    char *stringToCode = NULL;//用来存放编码的
    linkQueue Q;   //定义一个huffman树队列
    huffmanNode *huffmantree = NULL;   //定义一个huffman树节点
/*=========================文件操作==============================================*/
    fp = fopen("huffman.txt","r");   //只读文件
    if(NULL == fp)
    perror("huffman.txt");
    fn = fileno(fp);//取得文件指针的底层流式文件号
    fileSize = filelength(fn);   //取文件长度字节数
    printf("文件的大小为%d\n", fileSize);
    if(fileSize > 4096)
    {
      printf("请定义文件大小<=4096字节\n");
      exit(-1);
    }
    fgets(string, fileSize+1, fp);   //将文本文件里的内容输出到数组string
/*===============================================================================*/
    huffmantree = (huffmanNode *)malloc(sizeof(huffmanNode));    //初始化
    if(NULL == huffmantree)
    exit(-1);

    stringToCode = (char *)malloc(MAXSIZE*sizeof(char));//分配内存大小
    if(NULL == stringToCode)
    exit(-1);
    memset(stringToCode, 0, sizeof(char)*MAXSIZE);    //将字符数组置为空

    queueInit(&Q);   //初始化huffman树队列

    selectWeight(&Q, string);//对权重进行统计,就是对输入的字符出现次数统计,将节点按权值从小到大放入队列

    huffmantree = createHuffmanTree(&Q);//创建huffman树

   // printf("huffman编码为\n");
    huffmanCode(huffmantree, stringToCode, string);   //huffman编码
   // printf("huffman解码为\n");
    huffmandeCode(huffmantree, stringToCode);    //huffman解码
/*============释放内存================*/
    free(huffmantree);
    huffmantree = NULL;
    free(stringToCode);
    stringToCode = NULL;

    fclose(fp);

    return 0;
}


eeeeelin 发表于 2013-8-5 12:41:41

沙发自己的!!

你咋这么牛逼呢 发表于 2016-12-2 20:56:31

。。。。

JCSY 发表于 2018-10-30 20:36:38


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