哈夫曼算法编码26字母程序实现C++-创新互联

一、编程目的

（1）学习和理解树和二叉树的概念、特点和相关知识，理解和掌握二叉树的遍历操作的原理和方法；掌握二叉树的常用存储结构以及C++类的实现方法。

（2）学习最优二叉树的概念，理解和掌握哈夫曼算法的原理，掌握基于哈夫曼算法构造最优二叉树的方法；学习和掌握基于最优二叉树的哈夫曼编码方法。

（3）学会通过分析应用需求，结合理论知识来设计合理的数据结构与有效的求解算法；能够通过查找和学习技术资料、文档来掌握需用到的编程知识、技术；能够综合运用所学知识，利用开发环境提供的调试工具对程序进行调试，完成程序的开发、测试和完善。

二、26字母频率表

英文字母字符集及使用频率

三、代码实现

#include#include#includeusing namespace std;
struct huff
{
	double weight;
	int parent, lch, rch;
	char cha;
};
struct code
{
	char cd[25];
	int start;
};
void input(huff hufftree[],char alpha[],double weight[])//初始化哈夫曼树，权值先全部赋0，再将频率录入
{
	for (int i = 0;i< 51;i++)
		hufftree[i].cha = '_';
	for (int i = 0;i< 26;i++)
		hufftree[i].cha= alpha[i];
	for (int i = 0;i< 51;i++)
		hufftree[i].weight = 0;
	for (int i = 0;i< 26;i++)
		hufftree[i].weight = weight[i];
	for (int i = 0;i< 51;i++)
	{
		hufftree[i].parent = -1;
		hufftree[i].lch = -1;
		hufftree[i].rch = -1;
	}
}
void buildtree(huff hufftree[])
{
	int i, k, lnode, rnode;double mina, minb;
	for (i = 26;i< 51;i++)//从第一个结点开始，确定其孩子结点
	{
		mina = minb = 100;lnode = rnode = 0;//100和0只是初始化值，无特殊含义，取100是确保高于任意字母的频率，因为所有字母的频率和是100
		for (k = 0;k< 51&&hufftree[k].weight!=0;k++)//每一次遍历整个hufftree，将已经找到双亲结点的和尚未被使用的结点剔除，比较剩余结点
		{
			if (hufftree[k].parent == -1)//没找到双亲结点
			{
				if (hufftree[k].weight< mina)//每一轮后mina都会变为100，此时基本第一个进来的k就会执行这个if语句
				{
					minb = mina;//如果后续有更小的权，原先在mina的数据便会被移动到minb，暂时变为第二小
					rnode = lnode;
					mina = hufftree[k].weight;
					lnode = k;
				}
				else if (hufftree[k].weight< minb)//看看新的权值会不会替代成为第二小
				{
					minb = hufftree[k].weight;
					rnode = k;
				}//遍历整个hufftree后，此时mina和minb上都已经确定好这一轮的最小和次小，准备赋值给这一轮对应的未使用结点
			}
		}
		hufftree[lnode].parent = i;//确定双亲
		hufftree[rnode].parent = i;
		hufftree[i].weight = hufftree[lnode].weight + hufftree[rnode].weight;//确定未使用结点的权
		hufftree[i].lch = lnode;//确定未使用结点的孩子
		hufftree[i].rch = rnode;
	}//循环直到按照哈夫曼算法确定每个结点的值，构造完成
	
}
void createcode(huff hufftree[],code alphac[])
{
	int i, f, c;
	code hc{};
	for(i=0;i<26;i++)//26次循环，确定26个字母
	{
		hc.start = 26;
		c = i;
		f = hufftree[i].parent;
		while (f != -1)
		{
			if (hufftree[f].lch == c)hc.cd[hc.start--] = '0';
			else hc.cd[hc.start--] =  '1';
			c = f;
			f = hufftree[f].parent;//向上再找一级，逆向从后向前储存
		}
		hc.start++;//读取时有用，确定长度
		alphac[i] = hc;//储存
	}
}
void display(code alphac[],huff hufftree[])
{
	int i, j;
	cout<< "*********             欢迎使用哈夫曼编码程序             *************"<< endl;
	cout<< "*********       26字母表字符集对应哈夫曼编码如下：       *************"<< endl;
	for(i=0;i<26;i++)
	{
		
		cout<< hufftree[i].cha<< " ";
		for (j = alphac[i].start;j<= 26;j++)
			cout<< alphac[i].cd[j];//正向读取
		cout<< endl;
	}
	cout<< "*************   请输入接下来的操作：         *************"<< endl;
	cout<< "************     1.将单词翻译为哈夫曼编码         ********************"<< endl;
	cout<< "************     2.将哈夫曼编码翻译为单词         ********************"<< endl;
	cout<< "请选择："<< endl;
}
void fromwordstohuff(code alphac[], huff hufftree[])
{
	int eye = 0;
	cout<< "请输入你想编译的单词："<< endl;
	char input[1000];
	cin >>input;
	cout<< input<< "的编码为：" ;
	for (int i = 0;input[i] != '\0';i++)
	{
		char temp = input[i];
		for (int k = 0;k< 26;k++)
		{
			if (temp == hufftree[k].cha)
			{
				for (int j = alphac[k].start;j<= 26;j++)
					cout<< alphac[k].cd[j];//正向读取
				    eye++;
				
			}
		}
	}
	if (eye< strlen(input))
	{
		cout<< endl;
		cout<< "您输入的单词中或含非法字符，已过滤，请您留意！"<< endl;//鲁棒性容错
	}
	cout<< endl;
}
void fromhufftowords(code alphac[], huff hufftree[],char code[])
{
	cout<< "该编码对应单词为：" ;
	int i, j;
	struct array { char storecode[10]; };
	array array1[26];
	for (i = 0;i< 26;i++)
	{
		int q = 0;
		for ( j = alphac[i].start;j<= 26;j++)
		{
			array1[i].storecode[q] = alphac[i].cd[j];
			q++;
		}
		array1[i].storecode[q] = '\0';
		//cout<< array1[i].storecode<< endl;（调试用）
	}
	int tt=0;//用于暂存i值
	char codecmp[1000];//构造用于比较的字符串
	int z;
	int w = 0;
	for (int i = 0;code[i] != '\0';) 
	{
		int key=1;//用于判断是否跳出for循环
		//cout<< w;w++;system("pause");（调试用）
		tt = i;
		for (z = 0;code[i] != '\0';z++)
		{
			codecmp[z] = code[i];
			i++;
		}//完成拷贝
		codecmp[z++] = '\0';//加入截止符号
		i = tt;
		int len=0;
		int k = 0;
		for (;k< 26&&key==1;k++)
		{    int d;
		     for (d = 0; codecmp[d] != '\0';) 
		     {   
				 if (codecmp[d] == array1[k].storecode[d])
				 {
					 d++;
					 if (array1[k].storecode[d] == '\0')//判断哈夫曼代码是否和字符集有相同的段落
					 {
						 cout<< hufftree[k].cha;//如果有，输出该字符
						 key = 0;//调整key，使得对于该字符的循环停止，重新从k=0开始，避免k继续往下加
						len = strlen(array1[k].storecode);
					 }
				 }
				 else break;
			 }
		}
		if (k == 26 && key == 1) 
		{
			cout<< "<——本条提示前为成功编译的字母，但此后存在哈夫曼码输入错误,请检查后重新输入"<< endl;
			break;
		}
		i = i + len;
		key = 1;//重调key值是下一次正常进入循环
	}
	

}
int main()
{
	int w; int t;
	char alpha[26] = { 'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z' };
	double weight[26] = { 8.167,1.492, 2.782,4.253,12.702,2.228,2.015,6.094,6.966,0.153,0.772,4.025,2.406,6.749,7.507,1.929,0.095,5.987,6.327,9.056,2.758,0.978,2.360,0.150,1.974,0.074 };
	huff hufftree[51];
	code alphac[26];
	input(hufftree, alpha, weight);
	buildtree(hufftree);
	createcode(hufftree, alphac);
	display(alphac, hufftree);//字母表、权值表、哈夫曼树和储存哈夫曼码的结构数组的建立
	while(1)
	{ 
		cin >>t;
		w = t;
		int guard = 0;
	switch(w)
	{
	case 1: fromwordstohuff(alphac, hufftree);break;
	case 2:  cout<< "请输入哈夫曼码："<< endl;
		char code[1000];
	       	cin >>code;
			for (int check = 0;code[check] != '\0';check++)
			{
				if (code[check] != '0' && code[check] != '1')
				{
					cout<< "请输入二进制数字,请重试"<< endl;
					guard = 1;
					break;
				}
			}
			if (guard == 1) { break; }
			fromhufftowords(alphac, hufftree,code);cout<< endl;break;
	case 3: exit(1);
	default: cout<< "请输入一个合理的选项"<< endl;
	 }
	cout<< endl;
	cout<< "*************   请输入接下来的操作：         *************"<< endl;
	cout<< "************     1.将单词翻译为哈夫曼编码         ********************"<< endl;
	cout<< "************     2.将哈夫曼编码翻译为单词         ********************"<< endl;
	cout<< "************     3.退出程序                       ********************"<< endl;
	cout<< "请选择："<< endl;
	}
 }

四、运行结果

1、初始化

2、将单词编码为哈夫曼编码

3、将哈夫曼码编译为单词

五、结语

源代码很少调用函数，编程习惯也很糟糕，因为笔者对c++已经非常生疏，但觉得这个功能很有意思，所以还是磕磕绊绊写出来了一堆非常低效低级的代码，有的地方甚至非常冗余，源代码看着乐就好啦！

笔者过于小白，如果觉得有任何错漏和不足，恳请批评指正笔者，笔者感激不尽！

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