Update huffman_tree.c

Author: ls-Brynn

哈夫曼树算法/huffman_tree.c

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-#
+#include<stdlib.h>
+#include<stdio.h>
+#include<string.h>
+
+//哈夫曼树结点结构
+typedef struct {
+    int weight;//结点权重
+    int parent, left, right;//父结点、左孩子、右孩子在数组中的位置下标
+}HTNode, *HuffmanTree;
+//动态二维数组，存储哈夫曼编码
+typedef char ** HuffmanCode;
+
+//HT数组中存放的哈夫曼树，end表示HT数组中存放结点的最终位置，s1和s2传递的是HT数组中权重值最小的两个结点在数组中的位置
+void Select(HuffmanTree HT, int end, int *s1, int *s2)
+{
+    int min1, min2;
+    //遍历数组初始下标为 1
+    int i = 1;
+    //找到还没构建树的结点
+    while(HT[i].parent != 0 && i <= end){
+        i++;
+    }
+    min1 = HT[i].weight;
+    *s1 = i;
+
+    i++;
+    while(HT[i].parent != 0 && i <= end){
+        i++;
+    }
+    //对找到的两个结点比较大小，min2为大的，min1为小的
+    if(HT[i].weight < min1){
+        min2 = min1;
+        *s2 = *s1;
+        min1 = HT[i].weight;
+        *s1 = i;
+    }else{
+        min2 = HT[i].weight;
+        *s2 = i;
+    }
+    //两个结点和后续的所有未构建成树的结点做比较
+    for(int j=i+1; j <= end; j++)
+    {
+        //如果有父结点，直接跳过，进行下一个
+        if(HT[j].parent != 0){
+            continue;
+        }
+        //如果比最小的还小，将min2=min1，min1赋值新的结点的下标
+        if(HT[j].weight < min1){
+            min2 = min1;
+            min1 = HT[j].weight;
+            *s2 = *s1;
+            *s1 = j;
+        }
+        //如果介于两者之间，min2赋值为新的结点的位置下标
+        else if(HT[j].weight >= min1 && HT[j].weight < min2){
+            min2 = HT[j].weight;
+            *s2 = j;
+        }
+    }
+}
+
+//HT为地址传递的存储哈夫曼树的数组，w为存储结点权重值的数组，n为结点个数
+void CreateHuffmanTree(HuffmanTree *HT, int *w, int n)
+{
+    if(n<=1) return; // 如果只有一个编码就相当于0
+    int m = 2*n-1; // 哈夫曼树总节点数，n就是叶子结点
+    *HT = (HuffmanTree) malloc((m+1) * sizeof(HTNode)); // 0号位置不用
+    HuffmanTree p = *HT;
+    // 初始化哈夫曼树中的所有结点
+    for(int i = 1; i <= n; i++)
+    {
+        (p+i)->weight = *(w+i-1);
+        (p+i)->parent = 0;
+        (p+i)->left = 0;
+        (p+i)->right = 0;
+    }
+    //从树组的下标 n+1 开始初始化哈夫曼树中除叶子结点外的结点
+    for(int i = n+1; i <= m; i++)
+    {
+        (p+i)->weight = 0;
+        (p+i)->parent = 0;
+        (p+i)->left = 0;
+        (p+i)->right = 0;
+    }
+    //构建哈夫曼树
+    for(int i = n+1; i <= m; i++)
+    {
+        int s1, s2;
+        Select(*HT, i-1, &s1, &s2);
+        (*HT)[s1].parent = (*HT)[s2].parent = i;
+        (*HT)[i].left = s1;
+        (*HT)[i].right = s2;
+        (*HT)[i].weight = (*HT)[s1].weight + (*HT)[s2].weight;
+    }
+}
+//HT为哈夫曼树，HC为存储结点哈夫曼编码的二维动态数组，n为结点的个数
+void HuffmanCoding(HuffmanTree HT, HuffmanCode *HC,int n){
+    *HC = (HuffmanCode) malloc((n+1) * sizeof(char *));
+    char *cd = (char *)malloc(n*sizeof(char)); //存放结点哈夫曼编码的字符串数组
+    cd[n-1] = '\0';//字符串结束符
+
+    for(int i=1; i<=n; i++){
+        //从叶子结点出发，得到的哈夫曼编码是逆序的，需要在字符串数组中逆序存放
+        int start = n-1;
+        //当前结点在数组中的位置
+        int c = i;
+        //当前结点的父结点在数组中的位置
+        int j = HT[i].parent;
+        // 一直寻找到根结点
+        while(j != 0){
+            // 如果该结点是父结点的左孩子则对应路径编码为0，否则为右孩子编码为1
+            if(HT[j].left == c)
+                cd[--start] = '0';
+            else
+                cd[--start] = '1';
+            //以父结点为孩子结点，继续朝树根的方向遍历
+            c = j;
+            j = HT[j].parent;
+        }
+        //跳出循环后，cd数组中从下标 start 开始，存放的就是该结点的哈夫曼编码
+        (*HC)[i] = (char *)malloc((n-start)*sizeof(char));
+        strcpy((*HC)[i], &cd[start]);
+    }
+    //使用malloc申请的cd动态数组需要手动释放
+    free(cd);
+}
+//打印哈夫曼编码的函数
+void PrintHuffmanCode(HuffmanCode htable,int *w,int n)
+{
+    printf("Huffman code : \n");
+    for(int i = 1; i <= n; i++)
+        printf("%d code = %s\n",w[i-1], htable[i]);
+}
+int main(void)
+{
+    int w[7] = {3,12,7,4,2,8,11};
+    int n = 7;
+    HuffmanTree htree;
+    HuffmanCode htable;
+    CreateHuffmanTree(&htree, w, n);
+    HuffmanCoding(htree, &htable, n);
+    PrintHuffmanCode(htable,w, n);
+    return 0;
+}