c語言哈夫曼編碼壓縮

『壹』 用c語言完成：1.哈夫曼編碼/解碼器2.內部排序演算法的性能分析

我把網上的程序修改了一下，並整合了，你看看
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#define M 50
#define MAX 100000;

typedef struct
{
int weight;//結點權值
int parent,lchild,rchild;
}HTNODE,*HUFFMANTREE;

typedef char** HUFFMANCODE;//動態分配數組存儲哈夫曼編碼表

typedef struct
{
int key; /*關鍵字*/
}RecordNode; /*排序節點的類型*/

typedef struct
{
RecordNode *record;
int n; /*排序對象的大小*/
}SortObject; //待排序序列

HUFFMANTREE huffmantree(int n,int weight[])//構建哈夫曼樹
{
int m1,m2,k;
int i,j,x1,x2;
HUFFMANTREE ht;
ht=(HUFFMANTREE)malloc((2*n)*sizeof(HTNODE));
for(i=1;i<(2*n);i++)//初始化哈夫曼樹中各結點的數據，沒初始值的賦值為0
{
ht[i].parent=ht[i].lchild=ht[i].rchild=0;
if(i<=n)
ht[i].weight=weight[i];
else
ht[i].weight=0;
}
for(i=1;i<n;i++)//每一重循環從森林中選擇最小的兩棵樹組建成一顆新樹
{
m1=m2=MAX;
x1=x2=0;
for(j=1;j<(n+i);j++)
{
if((ht[j].weight<m1)&&(ht[j].parent==0))
{
m2=m1;
x2=x1;
m1=ht[j].weight;
x1=j;
}
else if((ht[j].weight<m2)&&(ht[j].parent==0))
{
m2=ht[j].weight;
x2=j;
}
}
k=n+i;
ht[x1].parent=ht[x2].parent=k;
ht[k].weight=m1+m2;
ht[k].lchild=x1;
ht[k].rchild=x2;
}
return ht;
}

void huffmancoding(int n,HUFFMANCODE hc,HUFFMANTREE ht,char str[])
{
int i,start,child,father;
char *cd;
hc=(HUFFMANCODE)malloc((n+1)*sizeof(char*));//分配n個字元編碼的頭指針
cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));//分配求編碼的工作空間
cd[n-1]='\0';//編碼結束符
for(i=1;i<=n;++i)//逐個字元求哈夫曼編碼
{
start=n-1;
for(child=i,father=ht[i].parent;father!=0;child=father,father=ht[father].parent)/*從葉子結點到根結點求逆向編碼*/
if(ht[father].lchild==child)
cd[--start]='0';
else
cd[--start]='1';
hc[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));//為i個字元編碼分配空間
strcpy(hc[i],&cd[start]);//從cd復制哈夫曼編碼串到hc
}
free(cd);//釋放工作空間
for(i=1;i<=n;++i)
{
printf("\n%c的編碼:",str[i]);
printf("%s\n",hc[i]);
}
}

void huffman()
{
int i,j,k,m,n;
char str[50];
int weight[50];
HUFFMANCODE hc=NULL;
HUFFMANTREE ht;
fflush(stdin);

printf("\n請輸入字元(一次性連續輸入所求的字元):");/*如:abcjhjg不要輸成ab cj hig,即字元間不加空格*/
gets(str);
for(j=0;j<50;j++)
{
if(str[j]=='\0')
break;
}
n=j;
for(j=n;j>0;j--)
str[j]=str[j-1];
str[n+1]='\0';
for(k=0;k<n;k++)
{
printf("\n請輸入%c的權值:",str[k+1]);
scanf("%d",&weight[k]);
}
for(k=n;k>0;k--)
weight[k]=weight[k-1];
weight[0]=0;

ht=huffmantree(n,weight);
huffmancoding(n,hc,ht,str);

}

void InsertSort(SortObject *p,unsigned long *compare,unsigned long *exchange)
{
int i,j,k;
RecordNode temp;
SortObject *pvector;
fflush(stdin);
if((pvector=(SortObject *)malloc(sizeof(SortObject)))==NULL)
{
printf("OverFollow!");
getchar();
exit(1);
}
k=pvector->n;
pvector->record=(RecordNode *)malloc(sizeof(RecordNode)*k);
for(i=0;i<p->n;i++)/* 復制數組*/
pvector->record[i]=p->record[i];
pvector->n=p->n;
*compare=0;
*exchange=0;
for(i=1;i<pvector->n;i++)
{
temp=pvector->record[i];
(*exchange)++;
j=i-1;
while((temp.key<pvector->record[j].key)&&(j>=0))
{
(*compare)++;
(*exchange)++;
pvector->record[j+1]=pvector->record[j];
j--;
}
if(j!=(i-1))
{
pvector->record[j+1]=temp;
(*exchange)++;
}
}
free(pvector);
}

void SelectSort(SortObject *p,unsigned long *compare,unsigned long *exchange)
{
int i,j,k;
RecordNode temp;
SortObject *pvector;
if((pvector=(SortObject *)malloc(sizeof(SortObject)))==NULL)
{
printf("OverFollow!");
getchar();
exit(1);
}
k=pvector->n;
pvector->record=(RecordNode *)malloc(sizeof(RecordNode)*k);
for(i=0;i<p->n;i++)/*復制數組*/
pvector->record[i]=p->record[i];
pvector->n=p->n;
*compare=0;
*exchange=0;
for(i=0;i<pvector->n-1;i++)
{
k=i;
for(j=i+1;j<pvector->n;j++)
{
(*compare)++;
if(pvector->record[j].key<pvector->record[k].key)
k=j;
}
if(k!=i)
{
temp=pvector->record[i];
pvector->record[i]=pvector->record[k];
pvector->record[k]=temp;
( *exchange)+=3;
}
}
free(pvector);
}

void BubbleSort(SortObject *p,unsigned long *compare,unsigned long *exchange)
{
int i,j,noswap,k;
RecordNode temp;
SortObject *pvector;
if((pvector=(SortObject *)malloc(sizeof(SortObject)))==NULL)
{
printf("OverFollow!");
getchar();
exit(1);
}
k=pvector->n;
pvector->record=(RecordNode *)malloc(sizeof(RecordNode)*k);
for(i=0;i<p->n;i++)/* 復制數組*/
pvector->record[i]=p->record[i];
pvector->n=p->n;
*compare=0;
*exchange=0;
for(i=0;i<pvector->n-1;i++)
{
noswap=1;
for(j=0;j<pvector->n-i-1;j++)
{
(*compare)++;
if(pvector->record[j+1].key<pvector->record[j].key)
{
temp=pvector->record[j];
pvector->record[j]=pvector->record[j+1];
pvector->record[j+1]=temp;
(*exchange)+=3;
noswap=0;
}
}
if(noswap) break;
}
free(pvector);
}

void ShellSort(SortObject *p,int d,unsigned long *compare,unsigned long *exchange)
{
int i,j,increment,k;
RecordNode temp;
SortObject *pvector;
if((pvector=(SortObject*)malloc(sizeof(SortObject)))==NULL)
{
printf("OverFollow!");
getchar();
exit(1);
}
k=pvector->n;
pvector->record=(RecordNode *)malloc(sizeof(RecordNode)*k);
for(i=0;i<p->n;i++)/* 復制數組*/
pvector->record[i]=p->record[i];
pvector->n=p->n;
*compare=0;
*exchange=0;
for(increment=d;increment>0;increment/=2)
{
for(i=increment;i<pvector->n;i++)
{
temp=pvector->record[i];
(*exchange)++;
j=i-increment;
while(j>=0&&temp.key<pvector->record[j].key)
{
(*compare)++;
pvector->record[j+increment]=pvector->record[j];
(*exchange)++;
j-=increment;
}
pvector->record[j+increment]=temp;
(*exchange)++;
}
}
free(pvector);
}

void QuickSort(SortObject *pvector,int left,int right,unsigned long *compare,unsigned long *exchange)
{
int i,j;
RecordNode temp;
if(left>=right)
return;
i=left;
j=right;
temp=pvector->record[i];
(*exchange)++;
while(i!=j)
{
while((pvector->record[j].key>=temp.key)&&(j>i))
{
(*compare)++;
j--;
}
if(i<j)
{
pvector->record[i++]=pvector->record[j];
(*exchange)++;
}
while((pvector->record[i].key<=temp.key)&&(j>i))
{
(*compare)++;
i++;
}
if(i<j)
{
pvector->record[j--]=pvector->record[i];
(*exchange)++;
}
}
pvector->record[i]=temp;
(*exchange)++;
QuickSort(pvector,left,i-1,compare,exchange);
QuickSort(pvector,i+1,right,compare,exchange);
}

void SortMethod(void)
{
int i,j,k,l;
unsigned long num[5][10]={0};
unsigned long sum[10]={0};
SortObject *pvector;
fflush(stdin);
printf("請輸入待排序的隨機數個數：\n");
scanf("%d",&k);
pvector=(SortObject *)malloc(sizeof(SortObject));
for(j=0;j<5;j++)
{
pvector->record=(RecordNode *)malloc(sizeof(RecordNode)*k);
for(i=0;i<k;i++)
pvector->record[i].key=rand();
pvector->n=k;
InsertSort(pvector,&num[j][0],&num[j][1]);
SelectSort(pvector,&num[j][2],&num[j][3]);
BubbleSort(pvector,&num[j][4],&num[j][5]);
ShellSort(pvector,4,&num[j][6],&num[j][7]);
QuickSort(pvector,0,k-1,&num[j][8],&num[j][9]);
}
printf("\n排序比較如下");
for(j=0;j<5;j++)
{
printf("\n\n對%d個數進行排序，結果為：\n",k);
printf("1.插入排序：比較-->%-7ld次 移動-->%-7ld次\n",num[j][0],num[j][1]);
printf("2.選擇排序：比較-->%-7ld次 移動-->%-7ld次\n",num[j][2],num[j][3]);
printf("3.冒泡排序：比較-->%-7ld次 移動-->%-7ld次\n",num[j][4],num[j][5]);
printf("4.希爾排序：比較-->%-7ld次 移動-->%-7ld次\n",num[j][6],num[j][7]);
printf("5.快速排序：比較-->%-7ld次 移動-->%-7ld次\n",num[j][8],num[j][9]);
if(j!=5)
printf("按回車繼續\n");
getchar();
}
for(j=0;j<5;j++)
{
sum[0]=sum[0]+num[j][0];
sum[1]=sum[1]+num[j][1];
sum[2]=sum[2]+num[j][2];
sum[3]=sum[3]+num[j][3];
sum[4]=sum[4]+num[j][4];
sum[5]=sum[5]+num[j][5];
sum[6]=sum[6]+num[j][6];
sum[7]=sum[7]+num[j][7];
sum[8]=sum[8]+num[j][8];
sum[9]=sum[9]+num[j][9];
}
printf("\n\n對%d個隨機數進行5次排序，平均比較次數和平均移動次數為：\n",k);
printf("1.插入排序：平均比較-->%-7ld次 平均移動-->%-7ld次\n",sum[0]/5,sum[1]/5);
printf("2.選擇排序：平均比較-->%-7ld次 平均移動-->%-7ld次\n",sum[2]/5,sum[3]/5);
printf("3.冒泡排序：平均比較-->%-7ld次 平均移動-->%-7ld次\n",sum[4]/5,sum[5]/5);
printf("4.希爾排序：平均比較-->%-7ld次 平均移動-->%-7ld次\n",sum[6]/5,sum[7]/5);
printf("5.快速排序：平均比較-->%-7ld次 平均移動-->%-7ld次\n",sum[8]/5,sum[9]/5);
free(pvector);
}

void sort()
{
int i;
while(1)
{
SortMethod();
printf("\n是否繼續？\n1.繼續\n2.返回菜單\n");
scanf("%d",&i);
if(i==2)break;
fflush(stdin);
getchar();
}
}

void huff()
{
int i;
while(1)
{
huffman();
printf("\n是否繼續？\n1.繼續\n2.返回菜單\n");
scanf("%d",&i);
if(i==2)break;
fflush(stdin);
getchar();
}
}

main()
{
int i,j,k;
while(1)
{
printf("請選擇要運行的功能：\n");
printf("1.哈夫曼編碼解碼器\n");
printf("2.內部排序性能分析\n");
printf("3.退出該程序\n\n");
printf("你的選擇為：");
scanf("%d",&i);
switch(i)
{
case 1:huff();break;
case 2:sort();break;
case 3:exit(0);
default:break;
}
fflush(stdin);
getchar();
system("cls");
}
}

『貳』 跪求C語言進行哈夫曼編碼、算術編碼和LZW編碼，要求源程序要有注釋。

以下是哈夫曼編碼
#include<iostream>
#include<math.h>
#include<string>
#include<iomanip>
using namespace std;

int n;

int isin(string str,char a)
{
int temp=0;
for(int i=0;i<str.length();i++)
{
if(str[i]==a) temp=1;
}
return temp;
}
void bubble(double p[],string sign[])//排序
{
for(int i=0;i<n-1;i++)
{
for(int j=i+1;j<n;j++)
{
if(p[i]<p[j])
{
double temp=p[i];
p[i]=p[j];
p[j]=temp;
string m=sign[i];
sign[i]=sign[j];
sign[j]=m;
}
}
}
}
void huff(double tempp[],string tempstr[])
{
double p[20][20];
string sign[20][20];
sign[0][i]=tempstr[i]; //符號放在sign數組中
for(int i=0;i<n;i++)
{
p[0][i]=tempp[i]; //p數組放對應的概率(第1列中)
}
for(i=0;i<n-1;i++)
{
bubble(p[i],sign[i]); //第一次排序
for(int j=0;j<n-2-i;j++)
{
p[i+1][j]=p[i][j]; //前n-2-i個概率重新放在p數組中(是數組的第2列中)
sign[i+1][j]=sign[i][j];
}
p[i+1][j]=p[i][j]+p[i][j+1];//第一次兩個最小概率求和
sign[i+1][j]=sign[i][j]+sign[i][j+1];//符號跟隨
for(j=n-1-i;j<n;j++)
{
p[i+1][j]=0;
}
}
string final[20];
for(i=n-2;i>=0;i--)
{
for(int k=0;k<n;k++)
{
if(isin(sign[i][n-2-i],sign[0][k][0])) final[k]+="0";
if(isin(sign[i][n-1-i],sign[0][k][0])) final[k]+="1";
}
}
cout<<setw(9)<<"哈弗曼編碼如下:"<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cout<<setw(7)<<sign[0][i]<<setw(7)<<p[0][i]<<setw(10)<<final[i]<<
setw(7)<<final[i].length()<<endl;
}
}
void main()
{
char a[50];
cout<<"該字元串符號為:";
cin>>a;
string s=a;
n=s.length();
char b[20][2];
for(int i=0;i<n;i++)
{
b[i][0]=a[i];
b[i][1]='\0';
}
string str[20];
for(i=0;i<n;i++)
{
str[i]=b[i];
}
double tempp[20];
cout<<"字元概率依次為：";
for(i=0;i<n;i++)
{
cin>>tempp[i];
}
huff(tempp,str);
}

『叄』 有人可以幫我注釋一段關於用c語言實現哈夫曼樹的代碼嗎

在一般的數據結構的書中，樹的那章後面，著者一般都會介紹一下哈夫曼(HUFFMAN)樹和哈夫曼編碼。哈夫曼編碼是哈夫曼樹的一個應用。哈夫曼編碼應用廣泛，如

JPEG中就應用了哈夫曼編碼。 首先介紹什麼是哈夫曼樹。哈夫曼樹又稱最優二叉樹，是一種帶權路徑長度最短的二叉樹。所謂樹的帶權路徑長度，就是樹中所有的葉結點

的權值乘上其到根結點的 路徑長度（若根結點為0層，葉結點到根結點的路徑長度為葉結點的層數）。

樹的帶權路徑長度記為WPL=(W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln) ，N個權值Wi(i=1,2,...n)構成一棵有N個葉結點的二叉樹，相應的葉結點的路徑長度為Li(i=1,2,...n)。 可以證明哈夫曼樹的WPL是最小的。

哈夫曼編碼步驟：

一、對給定的n個權值{W1,W2,W3,...,Wi,...,Wn}構成n棵二叉樹的初始集合F= {T1,T2,T3,...,Ti,...,Tn}，其中每棵二叉樹Ti中只有一個權值為Wi的根結點，它的左右子樹均為空。（為方便在計算機上實現算 法，一般還要求以Ti的權值Wi的升序排列。）
二、在F中選取兩棵根結點權值最小的樹作為新構造的二叉樹的左右子樹，新二叉樹的根結點的權值為其左右子樹的根結點的權值之和。
三、從F中刪除這兩棵樹，並把這棵新的二叉樹同樣以升序排列加入到集合F中。
四、重復二和三兩步，直到集合F中只有一棵二叉樹為止。

簡易的理解就是，假如我有A,B,C,D,E五個字元，出現的頻率（即權值）分別為5,4,3,2,1,那麼我們第一步先取兩個最小權值作為左右子樹構造一個新樹，即取1，2構成新樹，其結點為1+2=3，如圖：

所以各字元對應的編碼為：A->11,B->10,C->00,D->011,E->010

霍夫曼編碼是一種無前綴編碼。解碼時不會混淆。其主要應用在數據壓縮，加密解密等場合。

C語言代碼實現：

/*-------------------------------------------------------------------------
* Name: 哈夫曼編碼源代碼。
* Date: 2011.04.16
* Author: Jeffrey Hill+Jezze(解碼部分)
* 在 Win-TC 下測試通過
* 實現過程：著先通過 HuffmanTree() 函數構造哈夫曼樹，然後在主函數 main()中
* 自底向上開始(也就是從數組序號為零的結點開始)向上層層判斷，若在
* 父結點左側，則置碼為 0,若在右側,則置碼為 1。最後輸出生成的編碼。
*------------------------------------------------------------------------*/
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

#define MAXBIT 100
#define MAXVALUE 10000
#define MAXLEAF 30
#define MAXNODE MAXLEAF*2 -1

typedef struct
{
int bit[MAXBIT];
int start;
} HCodeType; /* 編碼結構體 */
typedef struct
{
int weight;
int parent;
int lchild;
int rchild;
int value;
} HNodeType; /* 結點結構體 */

/* 構造一顆哈夫曼樹 */
void HuffmanTree (HNodeType HuffNode[MAXNODE], int n)
{
/* i、j： 循環變數，m1、m2：構造哈夫曼樹不同過程中兩個最小權值結點的權值，
x1、x2：構造哈夫曼樹不同過程中兩個最小權值結點在數組中的序號。*/
int i, j, m1, m2, x1, x2;
/* 初始化存放哈夫曼樹數組 HuffNode[] 中的結點 */
for (i=0; i<2*n-1; i++)
{
HuffNode[i].weight = 0;//權值
HuffNode[i].parent =-1;
HuffNode[i].lchild =-1;
HuffNode[i].rchild =-1;
HuffNode[i].value=i; //實際值，可根據情況替換為字母
} /* end for */

/* 輸入 n 個葉子結點的權值 */
for (i=0; i<n; i++)
{
printf ("Please input weight of leaf node %d: ", i);
scanf ("%d", &HuffNode[i].weight);
} /* end for */

/* 循環構造 Huffman 樹 */
for (i=0; i<n-1; i++)
{
m1=m2=MAXVALUE; /* m1、m2中存放兩個無父結點且結點權值最小的兩個結點 */
x1=x2=0;
/* 找出所有結點中權值最小、無父結點的兩個結點，並合並之為一顆二叉樹 */
for (j=0; j<n+i; j++)
{
if (HuffNode[j].weight < m1 && HuffNode[j].parent==-1)
{
m2=m1;
x2=x1;
m1=HuffNode[j].weight;
x1=j;
}
else if (HuffNode[j].weight < m2 && HuffNode[j].parent==-1)
{
m2=HuffNode[j].weight;
x2=j;
}
} /* end for */
/* 設置找到的兩個子結點 x1、x2 的父結點信息 */
HuffNode[x1].parent = n+i;
HuffNode[x2].parent = n+i;
HuffNode[n+i].weight = HuffNode[x1].weight + HuffNode[x2].weight;
HuffNode[n+i].lchild = x1;
HuffNode[n+i].rchild = x2;

printf ("x1.weight and x2.weight in round %d: %d, %d ", i+1, HuffNode[x1].weight, HuffNode[x2].weight); /* 用於測試 */
printf (" ");
} /* end for */
/* for(i=0;i<n+2;i++)
{
printf(" Parents:%d,lchild:%d,rchild:%d,value:%d,weight:%d ",HuffNode[i].parent,HuffNode[i].lchild,HuffNode[i].rchild,HuffNode[i].value,HuffNode[i].weight);
}*///測試
} /* end HuffmanTree */

//解碼
void decodeing(char string[],HNodeType Buf[],int Num)
{
int i,tmp=0,code[1024];
int m=2*Num-1;
char *nump;
char num[1024];
for(i=0;i<strlen(string);i++)
{
if(string[i]=='0')
num[i]=0;
else
num[i]=1;
}
i=0;
nump=&num[0];

while(nump<(&num[strlen(string)]))
{tmp=m-1;
while((Buf[tmp].lchild!=-1)&&(Buf[tmp].rchild!=-1))
{

if(*nump==0)
{
tmp=Buf[tmp].lchild ;
}
else tmp=Buf[tmp].rchild;
nump++;

}

printf("%d",Buf[tmp].value);
}


}


int main(void)
{

HNodeType HuffNode[MAXNODE]; /* 定義一個結點結構體數組 */
HCodeType HuffCode[MAXLEAF], cd; /* 定義一個編碼結構體數組， 同時定義一個臨時變數來存放求解編碼時的信息 */
int i, j, c, p, n;
char pp[100];
printf ("Please input n: ");
scanf ("%d", &n);
HuffmanTree (HuffNode, n);


for (i=0; i < n; i++)
{
cd.start = n-1;
c = i;
p = HuffNode[c].parent;
while (p != -1) /* 父結點存在 */
{
if (HuffNode[p].lchild == c)
cd.bit[cd.start] = 0;
else
cd.bit[cd.start] = 1;
cd.start--; /* 求編碼的低一位 */
c=p;
p=HuffNode[c].parent; /* 設置下一循環條件 */
} /* end while */

/* 保存求出的每個葉結點的哈夫曼編碼和編碼的起始位 */
for (j=cd.start+1; j<n; j++)
{ HuffCode[i].bit[j] = cd.bit[j];}
HuffCode[i].start = cd.start;
} /* end for */

/* 輸出已保存好的所有存在編碼的哈夫曼編碼 */
for (i=0; i<n; i++)
{
printf ("%d 's Huffman code is: ", i);
for (j=HuffCode[i].start+1; j < n; j++)
{
printf ("%d", HuffCode[i].bit[j]);
}
printf(" start:%d",HuffCode[i].start);

printf (" ");

}
/* for(i=0;i<n;i++){
for(j=0;j<n;j++)
{
printf ("%d", HuffCode[i].bit[j]);
}
printf(" ");
}*/
printf("Decoding?Please Enter code: ");
scanf("%s",&pp);
decodeing(pp,HuffNode,n);
getch();
return 0;
}