⑴ 霍夫曼 解压缩
哈夫曼编码(Huffman Coding)是一种编码方式，以哈夫曼树—即最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。 在计算机信息处理中，“哈夫曼编码”是一种一致性编码法（又称"熵编码法"），用于数据的无损耗压缩。这一术语是指使用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立起来的（出现概率高的字符使用较短的编码，反之出现概率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的）。这种方法是由David.A.Huffman发展起来的。 例如，在英文中，e的出现概率很高，而z的出现概率则最低。当利用哈夫曼编码对一篇英文进行压缩时，e极有可能用一个位(bit)来表示，而z则可能花去25个位（不是26）。用普通的表示方法时，每个英文字母均占用一个字节（byte），即8个位。二者相比，e使用了一般编码的1/8的长度，z则使用了3倍多。倘若我们能实现对于英文中各个字母出现概率的较准确的估算，就可以大幅度提高无损压缩的比例。
本文描述在网上能够找到的最简单，最快速的哈夫曼编码。本方法不使用任何扩展动态库，比如STL或者组件。只使用简单的C函数，比如：memset，memmove，qsort，malloc，realloc和memcpy。
因此，大家都会发现，理解甚至修改这个编码都是很容易的。
背景
哈夫曼压缩是个无损的压缩算法，一般用来压缩文本和程序文件。哈夫曼压缩属于可变代码长度算法一族。意思是个体符号（例如，文本文件中的字符）用一个特定长度的位序列替代。因此，在文件中出现频率高的符号，使用短的位序列，而那些很少出现的符号，则用较长的位序列。
编码使用
我用简单的C函数写这个编码是为了让它在任何地方使用都会比较方便。你可以将他们放到类中，或者直接使用这个函数。并且我使用了简单的格式，仅仅输入输出缓冲区，而不象其它文章中那样，输入输出文件。
bool CompressHuffman(BYTE *pSrc, int nSrcLen, BYTE *&pDes, int &nDesLen);
bool DecompressHuffman(BYTE *pSrc, int nSrcLen, BYTE *&pDes, int &nDesLen);
要点说明
速度
为了让它(huffman.cpp)快速运行，我花了很长时间。同时，我没有使用任何动态库，比如STL或者MFC。它压缩1M数据少于100ms（P3处理器，主频1G）。
压缩
压缩代码非常简单，首先用ASCII值初始化511个哈夫曼节点：
CHuffmanNode nodes[511];
for(int nCount = 0; nCount < 256; nCount++)
nodes[nCount].byAscii = nCount;
然后，计算在输入缓冲区数据中，每个ASCII码出现的频率：
for(nCount = 0; nCount < nSrcLen; nCount++)
nodes[pSrc[nCount]].nFrequency++;
然后，根据频率进行排序：
qsort(nodes, 256, sizeof(CHuffmanNode), frequencyCompare);
现在，构造哈夫曼树，获取每个ASCII码对应的位序列：
int nNodeCount = GetHuffmanTree(nodes);
构造哈夫曼树非常简单，将所有的节点放到一个队列中，用一个节点替换两个频率最低的节点，新节点的频率就是这两个节点的频率之和。这样，新节点就是两个被替换节点的父节点了。如此循环，直到队列中只剩一个节点（树根）。
// parent node
pNode = &nodes[nParentNode++];
// pop first child
pNode->pLeft = PopNode(pNodes, nBackNode--, false);
// pop second child
pNode->pRight = PopNode(pNodes, nBackNode--, true);
// adjust parent of the two poped nodes
pNode->pLeft->pParent = pNode->pRight->pParent = pNode;
// adjust parent frequency
pNode->nFrequency = pNode->pLeft->nFrequency + pNode->pRight->nFrequency;
这里我用了一个好的诀窍来避免使用任何队列组件。我先前就直到ASCII码只有256个，但我分配了511个(CHuffmanNode nodes[511])，前255个记录ASCII码，而用后255个记录哈夫曼树中的父节点。并且在构造树的时候只使用一个指针数组(ChuffmanNode *pNodes[256])来指向这些节点。同样使用两个变量来操作队列索引(int nParentNode = nNodeCount;nBackNode = nNodeCount –1)。
接着，压缩的最后一步是将每个ASCII编码写入输出缓冲区中：
int nDesIndex = 0;
// loop to write codes
for(nCount = 0; nCount < nSrcLen; nCount++)
{
*(DWORD*)(pDesPtr+(nDesIndex>>3)) |=
nodes[pSrc[nCount]].dwCode << (nDesIndex&7);
nDesIndex += nodes[pSrc[nCount]].nCodeLength;
}
(nDesIndex>>3): >>3 以8位为界限右移后到达右边字节的前面
(nDesIndex&7): &7 得到最高位.
注意：在压缩缓冲区中，我们必须保存哈夫曼树的节点以及位序列，这样我们才能在解压缩时重新构造哈夫曼树（只需保存ASCII值和对应的位序列）。
解压缩
解压缩比构造哈夫曼树要简单的多，将输入缓冲区中的每个编码用对应的ASCII码逐个替换就可以了。只要记住，这里的输入缓冲区是一个包含每个ASCII值的编码的位流。因此，为了用ASCII值替换编码，我们必须用位流搜索哈夫曼树，直到发现一个叶节点，然后将它的ASCII值添加到输出缓冲区中：
int nDesIndex = 0;
DWORD nCode;
while(nDesIndex < nDesLen)
{
nCode = (*(DWORD*)(pSrc+(nSrcIndex>>3)))>>(nSrcIndex&7);
pNode = pRoot;
while(pNode->pLeft)
{
pNode = (nCode&1) ? pNode->pRight : pNode->pLeft;
nCode >>= 1;
nSrcIndex++;
}
pDes[nDesIndex++] = pNode->byAscii;
}
⑵ 一、实验题目：用哈夫曼编码实现文件压缩用C++实现
这是我的实验报告： http://student.csdn.net/space.php?uid=395622&do=blog&id=51206 /** * @brief 哈夫曼编码 * @date 2010-11-30 */ #include <iostream> #include <string> #include <queue> #include <map> using namespace std; /** * @brief 哈弗曼结点 * 记录了哈弗曼树结点的数据、权重及左右儿子 */ struct HTNode { char data; HTNode *lc, *rc; int w; /** 节点构造函数 */ HTNode(char _d, int _w, HTNode *_l = NULL, HTNode *_r = NULL) { data = _d; w = _w; lc = _l; rc = _r; } /** 节点拷贝构造函数 */ HTNode(const HTNode &h) { data = h.data; lc = h.lc; rc = h.rc; w = h.w; } /** 用于优先队列比较的运算符重载 */ friend bool operator < (const HTNode &a, const HTNode &b) { return a.w > b.w; } }; /** 哈弗曼树叶子节点数、各叶子结点数据及权重 */ /** 权值从Lolita小说中抽样取出 */ const char ch[] = { 10, 32, 33, 37, 40, 41, 44, 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 93, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 161, 164, 166, 168, 170, 173, 174, 175, 176, 177, 180, 186, 255, '\r', '\0' }; const int fnum[] = { 2970, 99537, 265, 1, 496, 494, 9032, 1185, 5064, 108, 180, 132, 99, 105, 82, 64, 62, 77, 126, 296, 556, 548, 818, 443, 543, 435, 225, 271, 260, 797, 3487, 158, 50, 1053, 589, 498, 332, 316, 61, 276, 724, 855, 54, 293, 543, 11, 185, 11, 25, 26, 42416, 7856, 12699, 23670, 61127, 10229, 10651, 27912, 32809, 510, 4475, 23812, 13993, 34096, 38387, 9619, 500, 30592, 30504, 42377, 14571, 4790, 11114, 769, 10394, 611, 1, 4397, 12, 71, 117, 1234, 81, 5, 852, 1116, 1109, 1, 3, 1, 2970 }; const int n = 91; /** 优先队列 */ priority_queue<HTNode> pq; /** 哈弗曼编码映射 */ map<string, char> dcode; map<char, string> ecode; /** 根节点以及总权重+边长 */ HTNode *root; int sum = 0; /** 初始化叶节点，并加入到优先队列中 */ void Init() { for(int i = 0; i < n; i++) { HTNode p(ch[i], fnum[i]); pq.push(p); } } /** 建立哈夫曼树 */ void CreateHT() { HTNode *lmin, *rmin; /** 当队列中不止一个元素时 */ while(!pq.empty() && 1 != pq.size()) { /** 取队首两个元素（权值最小） */ lmin = new HTNode(pq.top()); pq.pop(); rmin = new HTNode(pq.top()); pq.pop(); /** 合并元素重新入队 */ HTNode p(0, lmin->w + rmin->w, lmin, rmin); pq.push(p); } if(!pq.empty()) { /** 根节点 */ root = new HTNode(pq.top()); pq.pop(); } } /** 创建哈夫曼编码 */ void CreateHTCode(HTNode *p, string str) { if(!p) return; if(0 != p->data) { /** 若是叶节点，则记录此节点的编码值 */ dcode[str] = p->data; ecode[p->data] = str; sum += (str.length() * p->w); return; } CreateHTCode(p->lc, str + "0"); CreateHTCode(p->rc, str + "1"); } /** 显示哈夫曼编码 */ void DispCode() { printf("输出哈弗曼编码：\n"); for(int i = 0; i < n; i++) { printf("\t'%c':\t%s\n", ch[i], ecode[ch[i]].c_str()); } printf("平均长度：%.5lf\n", double(sum) / double(root->w)); } /** 释放哈夫曼树 */ void Release(HTNode *p) { if(!p) return; Release(p->lc); Release(p->rc); delete p; } /** 输出压缩文 */ void putEncode(FILE *fp, char *buf) { unsigned char code = 0; for(int i = 0; i < 8; i++) code = (code << 1) + (buf[i] - '0'); fwrite(&code, sizeof(unsigned char), 1, fp); } /** 判断是否在字符串内 */ bool instr(char c, const char str[]) { for(int i = 0; i < strlen(str); i++) if(c == str[i]) return true; return false; } /** 压缩文件 */ void Encode() { FILE *OF; FILE *IF; char ifn[255]; const char ofn[] = "Encode.txt"; char buf[9]; int cnt = 0, newcnt = 0; printf("Input the filename: "); scanf("%s", ifn); IF = fopen(ifn, "rb"); if(!IF) { printf("Wrong file.\n"); return; } OF = fopen(ofn, "wb+"); if(!OF) { printf("Wrong file.\n"); } /** 开始读文件 */ memset(buf, 0, sizeof(buf)); while(!feof(IF)) { unsigned char c; fread(&c, sizeof(unsigned char), 1, IF); if(instr(c, ch)); else c = ' '; for(int i = 0; i < ecode[c].length(); i++) { buf[strlen(buf)] = ecode[c][i]; if(8 == strlen(buf)) { newcnt++; putEncode(OF, buf); memset(buf, 0, sizeof(buf)); } } cnt++; } cnt--; if(0 != strlen(buf)) { for(int i = strlen(buf); i < 8; i++) buf[i] = '0'; putEncode(OF, buf); } fwrite(&cnt, 4, 1, OF); fclose(IF); fclose(OF); printf("压缩成功！压缩率：%.2f%c\n", (((double)newcnt + 4.0f) / (double)cnt) * 100, '%'); } /** 补0 */ void putZeros(char *buf) { char tmpbuf[9]; memset(tmpbuf, 0, sizeof(tmpbuf)); if(8 != strlen(buf)) { for(int i = 0; i < 8 - strlen(buf); i++) tmpbuf[i] = '0'; strcat(tmpbuf, buf); strcpy(buf, tmpbuf); } } /** 解压缩 */ void Decode() { char buf[256]; char oldbuf[9]; const char ifn[] = "Encode.txt"; const char ofn[] = "Decode.txt"; FILE *IF = fopen(ifn, "rb"); if(!IF) { printf("Wrong file.\n"); return; } FILE *OF = fopen(ofn, "wb+"); if(!OF) { printf("Wrong file.\n"); return; } int tot, cnt = 0; fseek(IF, -4L, SEEK_END); fread(&tot, 4, 1, IF); fseek(IF, 0L, SEEK_SET); memset(buf, 0, sizeof(buf)); while(true) { if(cnt == tot) break; unsigned char c; fread(&c, sizeof(unsigned char), 1, IF); itoa(c, oldbuf, 2); putZeros(oldbuf); for(int i = 0; i < 8; i++) { if(cnt == tot) break; buf[strlen(buf)] = oldbuf[i]; if(dcode.end() != dcode.find(string(buf))) { fwrite(&dcode[string(buf)], sizeof(char), 1, OF); memset(buf, 0, sizeof(buf)); cnt++; } } } fclose(IF); fclose(OF); printf("解压成功！文件名Decode.txt。\n"); } int main() { Init(); CreateHT(); CreateHTCode(root, ""); DispCode(); Encode(); Decode(); Release(root); system("pause"); return 0; }
⑶ 有关哈夫曼编码压缩与解压缩的问题.
压缩代码非常简单，首先用ASCII值初始化511个哈夫曼节点：
CHuffmanNode nodes[511];
for(int nCount = 0; nCount < 256; nCount++)
nodes[nCount].byAscii = nCount;
然后，计算在输入缓冲区数据中，每个ASCII码出现的频率：
for(nCount = 0; nCount < nSrcLen; nCount++)
nodes[pSrc[nCount]].nFrequency++;
然后，根据频率进行排序：
qsort(nodes, 256, sizeof(CHuffmanNode), frequencyCompare);
现在，构造哈夫曼树，获取每个ASCII码对应的位序列：
int nNodeCount = GetHuffmanTree(nodes);
构造哈夫曼树非常简单，将所有的节点放到一个队列中，用一个节点替换两个频率最低的节点，新节点的频率就是这两个节点的频率之和。这样，新节点就是两个被替换节点的父节点了。如此循环，直到队列中只剩一个节点（树根）。
// parent node
pNode = &nodes[nParentNode++];
// pop first child
pNode->pLeft = PopNode(pNodes, nBackNode--, false);
// pop second child
pNode->pRight = PopNode(pNodes, nBackNode--, true);
// adjust parent of the two poped nodes
pNode->pLeft->pParent = pNode->pRight->pParent = pNode;
// adjust parent frequency
pNode->nFrequency = pNode->pLeft->nFrequency + pNode->pRight->nFrequency;
这里我用了一个好的诀窍来避免使用任何队列组件。我先前就直到ASCII码只有256个，但我分配了511个(CHuffmanNode nodes[511])，前255个记录ASCII码，而用后255个记录哈夫曼树中的父节点。并且在构造树的时候只使用一个指针数组(ChuffmanNode *pNodes[256])来指向这些节点。同样使用两个变量来操作队列索引(int nParentNode = nNodeCount;nBackNode = nNodeCount –1)。
接着，压缩的最后一步是将每个ASCII编码写入输出缓冲区中：
int nDesIndex = 0;
// loop to write codes
for(nCount = 0; nCount < nSrcLen; nCount++)
{
*(DWORD*)(pDesPtr+(nDesIndex>>3)) |=
nodes[pSrc[nCount]].dwCode << (nDesIndex&7);
nDesIndex += nodes[pSrc[nCount]].nCodeLength;
}
(nDesIndex>>3): >>3 以8位为界限右移后到达右边字节的前面
(nDesIndex&7): &7 得到最高位.
注意：在压缩缓冲区中，我们必须保存哈夫曼树的节点以及位序列，这样我们才能在解压缩时重新构造哈夫曼树（只需保存ASCII值和对应的位序列）。
解压缩
解压缩比构造哈夫曼树要简单的多，将输入缓冲区中的每个编码用对应的ASCII码逐个替换就可以了。只要记住，这里的输入缓冲区是一个包含每个ASCII值的编码的位流。因此，为了用ASCII值替换编码，我们必须用位流搜索哈夫曼树，直到发现一个叶节点，然后将它的ASCII值添加到输出缓冲区中：
int nDesIndex = 0;
DWORD nCode;
while(nDesIndex < nDesLen)
{
nCode = (*(DWORD*)(pSrc+(nSrcIndex>>3)))>>(nSrcIndex&7);
pNode = pRoot;
while(pNode->pLeft)
{
pNode = (nCode&1) ? pNode->pRight : pNode->pLeft;
nCode >>= 1;
nSrcIndex++;
}
pDes[nDesIndex++] = pNode->byAscii;
}
过程
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<malloc.h>
#include<math.h>
#define M 10
typedef struct Fano_Node
{
char ch;
float weight;
}FanoNode[M];
typedef struct node
{
int start;
int end;
struct node *next;
}LinkQueueNode;
typedef struct
{
LinkQueueNode *front;
LinkQueueNode *rear;
}LinkQueue;
void EnterQueue(LinkQueue *q,int s,int e)
{
LinkQueueNode *NewNode;
NewNode=(LinkQueueNode *)malloc(sizeof(LinkQueueNode));
if(NewNode!=NULL)
{
NewNode->start=s;
NewNode->end=e;
NewNode->next=NULL;
q->rear->next=NewNode;
q->rear=NewNode;
}
else printf("Error!");
}
//***按权分组***//
void Divide(FanoNode f,int s,int *m,int e)
{
int i;
float sum,sum1;
sum=0;
for(i=s;i<=e;i++)
sum+=f.weight;
*m=s;
sum1=0;
for(i=s;i<e;i++)
{
sum1+=f.weight;
*m=fabs(sum-2*sum1)>fabs(sum-2*sum1-2*f.weight)?(i+1):*m;
if(*m==i)
break;
}
}
main()
{
int i,j,n,max,m,h[M];
int sta,mid,end;
float w;
char c,fc[M][M];
FanoNode FN;
LinkQueueNode *p;
LinkQueue *Q;
//***初始化队Q***//
Q->front=(LinkQueueNode *)malloc(sizeof(LinkQueueNode));
Q->rear=Q->front;
Q->front->next=NULL;
printf("\t***FanoCoding***\n");
printf("Please input the number of node:"); /*输入信息*/
scanf("%d",&n);
i=1;
while(i<=n)
{
printf("%d weight and node:",i);
scanf("%f %c",&FN.weight,&FN.ch);
for(j=1;j<i;j++)
{
if(FN.ch==FN[j].ch)
{
printf("Same node!!!\n");
break;
}
}
if(i==j)
i++;
}
for(i=1;i<=n;i++) /*排序*/
{
max=i+1;
for(j=max;j<=n;j++)
max=FN[max].weight<FN[j].weight?j:max;
if(FN.weight<FN[max].weight)
{
w=FN.weight;
FN.weight=FN[max].weight;
FN[max].weight=w;
c=FN.ch;
FN.ch=FN[max].ch;
FN[max].ch=c;
}
}
for(i=1;i<=n;i++) /*初始化h*/
h=0;
EnterQueue(Q,1,n); /*1和n进队*/
while(Q->front->next!=NULL)
{
p=Q->front->next; /*出队*/
Q->front->next=p->next;
if(p==Q->rear)
Q->rear=Q->front;
sta=p->start;
end=p->end;
free(p);
Divide(FN,sta,&m,end); /*按权分组*/
for(i=sta;i<=m;i++)
{
fc[h]='0';
h++;
}
if(sta!=m)
EnterQueue(Q,sta,m);
else
fc[sta][h[sta]]='\0';
for(i=m+1;i<=end;i++)
{
fc[h]='1';
h++;
}
if(m==sta&&(m+1)==end) //如果分组后首元素的下标与中间元素的相等，
{ //并且和最后元素的下标相差为1，则编码码字字符串结束
fc[m][h[m]]='\0';
fc[end][h[end]]='\0';
}
else
EnterQueue(Q,m+1,end);
}
for(i=1;i<=n;i++) /*打印编码信息*/
{
printf("%c:",FN.ch);
printf("%s\n",fc);
}
system("pause");
}
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
#include<string.h>
#define N 100
#define M 2*N-1
typedef char * HuffmanCode[2*M];
typedef struct
{
char weight;
int parent;
int LChild;
int RChild;
}HTNode,Huffman[M+1];
typedef struct Node
{
int weight; /*叶子结点的权值*/
char c; /*叶子结点*/
int num; /*叶子结点的二进制码的长度*/
}WNode,WeightNode[N];
/***产生叶子结点的字符和权值***/
void CreateWeight(char ch[],int *s,WeightNode *CW,int *p)
{
int i,j,k;
int tag;
*p=0;
for(i=0;ch!='\0';i++)
{
tag=1;
for(j=0;j<i;j++)
if(ch[j]==ch)
{
tag=0;
break;
}
if(tag)
{
(*CW)[++*p].c=ch;
(*CW)[*p].weight=1;
for(k=i+1;ch[k]!='\0';k++)
if(ch==ch[k])
(*CW)[*p].weight++;
}
}
*s=i;
}
/********创建HuffmanTree********/
void CreateHuffmanTree(Huffman *ht,WeightNode w,int n)
{
int i,j;
int s1,s2;
for(i=1;i<=n;i++)
{
(*ht).weight =w.weight;
(*ht).parent=0;
(*ht).LChild=0;
(*ht).RChild=0;
}
for(i=n+1;i<=2*n-1;i++)
{
(*ht).weight=0;
(*ht).parent=0;
(*ht).LChild=0;
(*ht).parent=0;
}
for(i=n+1;i<=2*n-1;i++)
{
for(j=1;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
break;
s1=j; /*找到第一个双亲不为零的结点*/
for(;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
s1=(*ht)[s1].weight>(*ht)[j].weight?j:s1;
(*ht)[s1].parent=i;
(*ht).LChild=s1;
for(j=1;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
break;
s2=j; /*找到第一个双亲不为零的结点*/
for(;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
s2=(*ht)[s2].weight>(*ht)[j].weight?j:s2;
(*ht)[s2].parent=i;
(*ht).RChild=s2;
(*ht).weight=(*ht)[s1].weight+(*ht)[s2].weight;
}
}
/***********叶子结点的编码***********/
void CrtHuffmanNodeCode(Huffman ht,char ch[],HuffmanCode *h,WeightNode *weight,int m,int n)
{
int i,j,k,c,p,start;
char *cd;
cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));
cd[n-1]='\0';
for(i=1;i<=n;i++)
{
start=n-1;
c=i;
p=ht.parent;
while(p)
{
start--;
if(ht[p].LChild==c)
cd[start]='0';
else
cd[start]='1';
c=p;
p=ht[p].parent;
}
(*weight).num=n-start;
(*h)=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));
p=-1;
strcpy((*h),&cd[start]);
}
system("pause");
}
/*********所有字符的编码*********/
void CrtHuffmanCode(char ch[],HuffmanCode h,HuffmanCode *hc,WeightNode weight,int n,int m)
{
int i,j,k;
for(i=0;i<m;i++)
{
for(k=1;k<=n;k++) /*从(*weight)[k].c中查找与ch相等的下标K*/
if(ch==weight[k].c)
break;
(*hc)=(char *)malloc((weight[k].num+1)*sizeof(char));
for(j=0;j<=weight[k].num;j++)
(*hc)[j]=h[k][j];
}
}
/*****解码*****/
void TrsHuffmanTree(Huffman ht,WeightNode w,HuffmanCode hc,int n,int m)
{
int i=0,j,p;
printf("***StringInformation***\n");
while(i<m)
{
p=2*n-1;
for(j=0;hc[j]!='\0';j++)
{
if(hc[j]=='0')
p=ht[p].LChild;
else
p=ht[p].RChild;
}
printf("%c",w[p].c); /*打印原信息*/
i++;
}
}
main()
{
int i,n,m,s1,s2,j; /*n为叶子结点的个数*/
char ch[N],w[N]; /*ch[N]存放输入的字符串*/
Huffman ht; /*二叉数 */
HuffmanCode h,hc; /* h存放叶子结点的编码，hc 存放所有结点的编码*/
WeightNode weight; /*存放叶子结点的信息*/
printf("\t***HuffmanCoding***\n");
printf("please input information :");
gets(ch); /*输入字符串*/
CreateWeight(ch,&m,&weight,&n); /*产生叶子结点信息，m为字符串ch[]的长度*/
printf("***WeightInformation***\n Node "); /*输出叶子结点的字符与权值*/
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%c ",weight.c);
printf("\nWeight ");
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%d ",weight.weight);
CreateHuffmanTree(&ht,weight,n); /*产生Huffman树*/
printf("\n***HuffamnTreeInformation***\n");
for(i=1;i<=2*n-1;i++) /*打印Huffman树的信息*/
printf("\t%d %d %d %d\n",i,ht.weight,ht.parent,ht.LChild,ht.RChild);
CrtHuffmanNodeCode(ht,ch,&h,&weight,m,n); /*叶子结点的编码*/
printf(" ***NodeCode***\n"); /*打印叶子结点的编码*/
for(i=1;i<=n;i++)
{
printf("\t%c:",weight.c);
printf("%s\n",h);
}
CrtHuffmanCode(ch,h,&hc,weight,n,m); /*所有字符的编码*/
printf("***StringCode***\n"); /*打印字符串的编码*/
for(i=0;i<m;i++)
printf("%s",hc);
system("pause");
TrsHuffmanTree(ht,weight,hc,n,m); /*解码*/
system("pause");
}
⑷ 基于哈夫曼树的文件压缩/解压程序 源代码
哈夫曼的C++算法
#define INT_MAX 10000
#define ENCODING_LENGTH 1000
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "malloc.h"
typedef enum{none,left_child,right_child} Which;//标记是左孩子还是右孩子
typedef char Elemtype;
typedef struct TNode{
Elemtype letter;
int weight;
int parent;
Which sigh;
char *code;
}HTNode,*HuffmanTree;
int n;
char coding[50];//储存代码
char str[ENCODING_LENGTH];//保存要翻译的句子
void InitTreeNode(HuffmanTree &HT)
{//初始前N个结点,后M-N个结点置空
int i;int w;char c;
int m=2*n-1;
HuffmanTree p;
HT=(HuffmanTree)malloc((m)*sizeof(HTNode));
printf("input %d database letter and weight",n);
p=HT;
getchar();
for (i=1;i<=n;i++){
scanf("%c%d",&c,&w);
p->code='\0';
p->letter=c;
p->parent=0;
p->sigh=none;
p->weight=w;
p++;
getchar();
}
for (;i<=m;i++,p++){
p->code='\0';
p->letter=' ';
p->parent=0;
p->sigh=none;
p->weight=0;
}
}//INITTREENODE
void Select(HuffmanTree HT,int end,int *s1,int *s2)
{//在0~END之间,找出最小和次小的两个结点序号,返回S1,S2
int i;
int min1=INT_MAX;
int min2;
for (i=0;i<=end;i++){//找最小的结点序号
if (HT[i].parent==0&&HT[i].weight<min1){
*s1=i;
min1=HT[i].weight;
}
}
min2=INT_MAX;
for(i=0;i<=end;i++){//找次小结点的序号
if (HT[i].parent==0&&(*s1!=i)&&min2>HT[i].weight){
*s2=i;
min2=HT[i].weight;
}
}
}
void HuffmanTreeCreat(HuffmanTree &HT)
{//建立HUFFMAN树
int i;int m=2*n-1;
int s1,s2;
for(i=n;i<m;i++){
Select(HT,i-1,&s1,&s2);
HT[s1].parent=i;
HT[s2].parent=i;
HT[s1].sigh=left_child;
HT[s2].sigh=right_child;
HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;
}
}
void HuffmanTreeCode(HuffmanTree HT)
{//HUFFMAN译码
int i;
char *temp;
temp=(char *)malloc(n*sizeof(char));
temp[n-1]='\0';
int p;int s;
for (i=0;i<n;i++){
p=i;
s=n-1;
while (HT[p].parent!=0){//从结点回溯,左孩子为0,右孩子为1
if (HT[p].sigh==left_child)
temp[--s]='0';
else if (HT[p].sigh==right_child)
temp[--s]='1';
p=HT[p].parent;
}
HT[i].code=(char *)malloc((n-s)*sizeof(char));//分配结点码长度的内存空间
strcpy(HT[i].code,temp+s);
printf("%s\n",HT[i].code);
}
}
void GetCodingSen(char *sencence)
{//输入要编码的句子
int l;
gets(sencence);
l=strlen(sencence);
sencence[l]='\0';
}
void HuffmanTreeEncoding(char sen[],HuffmanTree HT)
{//将句子进行编码
int i=0;int j;
while(sen[i]!='\0'){
for(j=0;j<n;j++){
if (HT[j].letter==sen[i]) //字母吻合则用代码取代
{strcat(coding,HT[j].code);
break;
}
}
i++;
if (sen[i]==32) i++;
}
printf("\n%s",coding);
}
void HuffmanTreeDecoding(HuffmanTree HT,char code[])
{//HUFFMAN译码过程,将代码翻译为句子
char sen[100];
char temp[50];
char voidstr[]=" ";
int i;int j;
int t=0;int s=0;
for(i=0;i<strlen(code);i++){
temp[t++]=code[i];
for(j=0;j<n;j++){
if (strcmp(HT[j].code,temp)==0){//代码段吻合
sen[s]=HT[j].letter;s++;
strcpy(temp,voidstr);//将TEMP置空
t=0;
break;
}
}
}
printf("\n%s",sen);
}
void main()
{
HTNode hnode;
HuffmanTree huff;
huff=&hnode;
printf("input the letter for coding number\n");
scanf("%d",&n);
InitTreeNode(huff);
HuffmanTreeCreat(huff);
HuffmanTreeCode(huff);
GetCodingSen(str);
HuffmanTreeEncoding(str,huff);
HuffmanTreeDecoding(huff,coding);
}
⑸ 利用huffman树实现文件的压缩与解压
这是本人写的动态哈夫曼压缩算法实现，压缩与解压缩时，
根据文件内容自动生成哈夫曼树，并动态调整节点的权重
和树的形状。900MHZ的PIII赛扬每秒钟可以压缩的好几MB
的数据，只是压缩率不高，文本文件的压缩后容量一般可
以减少25%，比RAR差远了。
源文件共三个，你在VC6.0中新建一个空的命令行项目，
将它们加进去，编译完就可以用了。
===========hfm.cpp===================
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <io.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "Huffman.h"
int wh;
int rh;
bool Write(unsigned char *s,int len){
_write(wh,s,len);
return true;
}
bool OpenFile(char* source,char* target){
int w_flag=_O_WRONLY | _O_CREAT | _O_EXCL | _O_BINARY;
int r_flag=_O_RDONLY | _O_BINARY;
rh=_open(source,r_flag,_S_IREAD | _S_IWRITE);
wh=_open(target,w_flag,_S_IREAD | _S_IWRITE);
if(rh==-1 || wh==-1){
if(rh!=-1){
_close(rh);
printf("\n打开文件：'%s'失败!",target);
}
if(wh!=-1){
_close(wh);
printf("\n打开文件：'%s'失败!",source);
}
return false;
}else{
return true;
}
}
void PrintUsage(){
printf("\n以动态哈夫曼算法压缩或解压缩文件。\n\n");
printf("\thfm -?\t\t\t\t显示帮助信息\n");
printf("\thfm -e -i source -o target\t压缩文件\n");
printf("\thfm -d -i source -o target\t解压缩文件\n\n");
}
void main(int argc,char *args[]){
int mode,i,j,K=0;
char src[4096];
char target[4096];
unsigned char buffer[BUFFER_SIZE];
Huffman *h;
mode=0;
for(i=1;i<argc;i++){
if(args[i][0]=='-' || args[i][0]=='/'){
switch(args[i][1]){
case '?':
mode=0;//帮助
break;
case 'e':
case 'E':
mode=1;//压缩
break;
case 'd':
case 'D':
mode=2;//解压缩
break;
case 'o':
case 'O':
if(i+1>=argc){
mode=0;
}else{//输出文件
j=0;
while(args[i+1][j]!='\0' && j<4096){
target[j++]=args[i+1][j];
}
if(j==4096){
mode=0;
}else{
target[j]='\0';
K |= 1;
}
}
break;
case 'i':
case 'I':
if(i+1>=argc){
mode=0;
}else{//输入文件
j=0;
while(args[i+1][j]!='\0' && j<4096){
src[j++]=args[i+1][j];
}
if(j==4096){
mode=0;
}else{
src[j]='\0';
K |=2;
}
}
break;
}
}
}
if(K!=3)mode=0;
switch(mode){
case 0:
PrintUsage();
return;
case 1://压缩
if(!OpenFile(src,target))return;
h=new Huffman(&Write,true);
i=BUFFER_SIZE;
while(i==BUFFER_SIZE){
i=_read(rh,buffer,BUFFER_SIZE);
h->Encode(buffer,i);
}
delete h;
_close(rh);
_close(wh);
printf("压缩完毕!");
break;
case 2://解压缩
if(!OpenFile(src,target))return;
h=new Huffman(&Write,false);
i=BUFFER_SIZE;
while(i==BUFFER_SIZE){
i=_read(rh,buffer,BUFFER_SIZE);
h->Decode(buffer,i);
}
delete h;
_close(rh);
_close(wh);
printf("解压缩完毕!");
break;
}
}
=======end of hfm.cpp=======================
=======Huffman.cpp=============================
// Huffman.cpp: implementation of the Huffman class.
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include "Huffman.h"
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Construction/Destruction
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
Huffman::Huffman(Output *output,bool mode)
{
Hbtree *tmp;
int i;
this->mode=mode;
//设置输出函数，当缓冲区满时，将调用该函数输出
this->output=output;
//初始化列表
for(i=0;i<LIST_LENGTH;i++)this->list[i]=NULL;
//初始化哈夫曼树
this->root=this->NewNode(NOT_CHAR,LEFT,NULL);
this->current=this->root;
tmp=this->NewNode(CODE_ESCAPE,RIGHT,root);
tmp->count=1;
tmp=this->NewNode(CODE_FINISH,LEFT,root);
tmp->count=0;
root->count=root->child[LEFT]->count+root->child[RIGHT]->count;
//设置缓冲区指针
this->char_top=BOTTOM_BIT;
this->bit_top=TOP_BIT;
this->buffer[0]=0;
//重构哈夫曼树的最大计数值
this->max_count=MAX_COUNT;
this->shrink_factor=SHRINK_FACTOR;
this->finished=false;
}
Huffman::~Huffman()
{
if(this->mode==true){//如果是编码
//输出结束码
this->OutputEncode(CODE_FINISH);
this->char_top++;
}
//强制清空缓冲区
this->Flush();
//释放空间
this->ReleaseNode(this->root);
}
Hbtree * Huffman::NewNode(int value, int index, Hbtree *parent)
{
Hbtree *tmp=new Hbtree;
tmp->parent=parent;
tmp->child[0]=NULL;
tmp->child[1]=NULL;
tmp->count=(1 << SHRINK_FACTOR);
tmp->index=(index==0) ? 0 : 1;
tmp->value=value;
if(value!=NOT_CHAR)this->list[tmp->value]=tmp;
if(parent!=NULL)parent->child[tmp->index]=tmp;
return tmp;
}
void Huffman::ReleaseNode(Hbtree *node)
{
if(node!=NULL){
this->ReleaseNode(node->child[LEFT]);
this->ReleaseNode(node->child[RIGHT]);
delete node;
}
}
//输出一位编码
int Huffman::OutputBit(int bit)
{
unsigned char candidates[]={1,2,4,8,16,32,64,128};
if(bit!=0)
this->buffer[this->char_top] |= candidates[this->bit_top];
this->bit_top--;
if(this->bit_top < BOTTOM_BIT){
this->bit_top=TOP_BIT;
this->char_top++;
if(this->char_top >= BUFFER_SIZE){//输出缓冲区
this->output(this->buffer,BUFFER_SIZE);
this->char_top=0;
}
this->buffer[this->char_top]=0;
}
return 0;
}
//输出缓冲区
int Huffman::Flush()
{
this->output(this->buffer,this->char_top);
this->char_top=0;
return 0;
}
int Huffman::Encode(unsigned char c)
{
int value=c,
candidates[]={128,64,32,16,8,4,2,1},
i;
if(this->list[value]==NULL){//字符不存在于哈夫曼树中
//输出转义码
this->OutputEncode(CODE_ESCAPE);
//输出字符
for(i=0;i<8;i++)this->OutputBit(value & candidates[i]);
this->InsertNewNode(value);
}else{
//输出字符编码
this->OutputEncode(value);
//重新调整哈夫曼树
this->BalanceNode(this->list[value]->parent);
}
//重组哈夫曼树
if(this->root->count>=this->max_count)
this->RearrangeTree();
return 0;
}
void Huffman::BalanceNode(Hbtree *node)
{
Hbtree *parent,*child,*brother;
int i,j;
parent=node->parent;
if(parent==NULL)return;//根节点无需调整
if(node->value==NOT_CHAR){//非叶子节点
child=node->child[LEFT]->count > node->child[RIGHT]->count ?
node->child[LEFT] : node->child[RIGHT];
if(child->count > parent->count - node->count){
//失衡
i=!(node->index);
j=child->index;
node->count=parent->count - child->count;
brother=parent->child[i];
node->child[j]=brother;
brother->index=j;
brother->parent=node;
parent->child[i]=child;
child->index=i;
child->parent=parent;
}
}
this->BalanceNode(parent);
}
//输出一个字符的编码
int Huffman::OutputEncode(int value)
{
int stack[CODE_FINISH+2],top=0;
Hbtree *tmp=this->list[value];
//输出编码
if(value<=MAX_VALUE){//字符
while(tmp!=NULL){
stack[top++]=tmp->index;
tmp->count++;
tmp=tmp->parent;
}
}else{//控制码
while(tmp!=NULL){
stack[top++]=tmp->index;
tmp=tmp->parent;
}
}
top--;
while(top>0){
this->OutputBit(stack[--top]);
}
return 0;
}
void Huffman::PrintNode(Hbtree *node,int level)
{
int i;
if(node){
for(i=0;i<level*3;i++)printf(" ");
printf("%p P:%p L:%p R:%p C:%d",node,node->parent,node->child[0],node->child[1],node->count);
if(node->value!=NOT_CHAR)printf(" V:%d",node->value);
printf("\n");
this->PrintNode(node->child[LEFT],level+1);
this->PrintNode(node->child[RIGHT],level+1);
}
}
int Huffman::Encode(unsigned char *s, int len)
{
int i;
for(i=0;i<len;i++)this->Encode(s[i]);
return 0;
}
void Huffman::PrintTree()
{
this->PrintNode(this->root,0);
}
int Huffman::RecountNode(Hbtree *node)
{
if(node->value!=NOT_CHAR)return node->count;
node->count=
this->RecountNode(node->child[LEFT]) +
this->RecountNode(node->child[RIGHT]);
return node->count;
}
void Huffman::RearrangeTree()
{
int i,j,k;
Hbtree *tmp,*tmp2;
//所有非控制码的计数值右移shrink_factor位，并删除计数值为零的节点
for(k=0;k<=MAX_VALUE;k++){
if(this->list[k]!=NULL){
tmp=this->list[k];
tmp->count >>= this->shrink_factor;
if(tmp->count ==0){
this->list[k]=NULL;
tmp2=tmp->parent;
i=tmp2->index;
j=!(tmp->index);
if(tmp2->parent!=NULL){
tmp2->parent->child[i]=tmp2->child[j];
tmp2->child[j]->parent=tmp2->parent;
tmp2->child[j]->index=i;
}else{
this->root=tmp2->child[j];
this->current=this->root;
this->root->parent=NULL;
}
delete tmp;
delete tmp2;
}
}
}
//重新计数
this->RecountNode(this->root);
//重新调整平衡
for(i=0;i<=MAX_VALUE;i++){
if(this->list[i]!=NULL)
this->BalanceNode(this->list[i]->parent);
}
}
void Huffman::InsertNewNode(int value)
{
int i;
Hbtree *tmp,*tmp2;
//将字符加入哈夫曼树
tmp2=this->list[CODE_FINISH];
tmp=this->NewNode(NOT_CHAR, tmp2->index, tmp2->parent);
tmp->child[LEFT]=tmp2;
tmp2->index=LEFT;
tmp2->parent=tmp;
tmp2=this->NewNode(value,RIGHT,tmp);
tmp->count=tmp->child[LEFT]->count+tmp->child[RIGHT]->count;
i=tmp2->count;
while((tmp=tmp->parent)!=NULL)tmp->count+=i;
//从底向上调整哈夫曼树
this->BalanceNode(tmp2->parent);
}
int Huffman::Decode(unsigned char c)
{
this->Decode(c,7);
return 0;
}
int Huffman::Decode(unsigned char *s,int len)
{
int i;
for(i=0;i<len;i++)this->Decode(s[i]);
return 0;
}
int Huffman::Decode(unsigned char c, int start)
{
int value=c,
candidates[]={1,2,4,8,16,32,64,128},
i,j;
Hbtree *tmp;
if(this->finished)return 0;
i=start;
if(this->current==NULL){//转义状态下
while(this->remain >= 0 && i>=0){
if((candidates[i] & value) !=0){
this->literal |= candidates[this->remain];
}
this->remain--;
i--;
}
if(this->remain < 0){//字符输出完毕
//输出字符
this->OutputChar(this->literal);
//将字符插入哈夫曼树
this->InsertNewNode(literal);
//重组哈夫曼树
if(this->root->count>=this->max_count)
this->RearrangeTree();
//设置环境
this->current=this->root;
}
}else{
j=((value & candidates[i])!=0)?1:0;
tmp=this->current->child[j];
i--;
while(tmp->value==NOT_CHAR && i>=0){
j=((value & candidates[i])!=0)?1:0;
tmp=tmp->child[j];
i--;
}
if(tmp->value==NOT_CHAR){//中间节点
this->current=tmp;
}else{
if(tmp->value<=MAX_VALUE){//编码内容
j=tmp->value;
this->OutputChar((unsigned char)j);
//修改计数器
tmp=this->list[j];
while(tmp!=NULL){
tmp->count++;
tmp=tmp->parent;
}
//调整平衡度
this->BalanceNode(this->list[j]->parent);
//重组哈夫曼树
if(this->root->count>=this->max_count)
this->RearrangeTree();
//设置环境
this->current=this->root;
}else{
if(tmp->value==CODE_ESCAPE){//转义码
this->current=NULL;
this->remain=7;
this->literal=0;
}else{//结束码
this->finished=true;
return 0;
}
}
}
}
if(i>=0)this->Decode(c,i);
return 0;
}
int Huffman::OutputChar(unsigned char c)
{
this->buffer[this->char_top++]=c;
if(this->char_top>=BUFFER_SIZE){//输出缓冲区
this->output(this->buffer,BUFFER_SIZE);
this->char_top=0;
}
return 0;
}
========end of Huffman.cpp==================
========Huffman.h============================
// Huffman.h: interface for the Huffman class.
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
#if !defined(NULL)
#include <stdio.h>
#endif
#if !defined(AFX_HUFFMAN_H__B1F1A5A6_FB57_49B2_BB67_6D1764CC04AB__INCLUDED_)
#define AFX_HUFFMAN_H__B1F1A5A6_FB57_49B2_BB67_6D1764CC04AB__INCLUDED_
#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000
#define MAX_COUNT 65536 //最大计数值，大于此值时
#define MAX_VALUE 255 //编码的最大值
#define CODE_ESCAPE MAX_VALUE+1 //转义码
#define CODE_FINISH MAX_VALUE+2 //结束码
#define LIST_LENGTH MAX_VALUE+3 //编码列表长度
#define SHRINK_FACTOR 2 //减小的比例，通过右移位实现
#define LEFT 0 //左孩子索引
#define RIGHT 1 //右孩子索引
#define NOT_CHAR -1 //非字符
#define TOP_BIT 7 //字符最高位
#define BOTTOM_BIT 0 //字符最低位
#define BUFFER_SIZE 81920 //缓冲区大小
//输出函数
typedef bool (Output)(unsigned char *s,int len);
//哈夫曼树的节点定义
typedef struct Hnode{
int count;//计数器
int index;//父节点的孩子索引（0--左孩子，1--右孩子）
Hnode* child[2];
Hnode* parent;
int value;
}Hbtree;
class Huffman
{
private:
//输出一个解码的字符
int OutputChar(unsigned char c);
//从指定位置开始解码
int Decode(unsigned char c,int start);
//插入一个新节点
void InsertNewNode(int value);
//重新调整哈夫曼树构型
void RearrangeTree();
//对各节点重新计数
int RecountNode(Hbtree *node);
//打印哈夫曼树节点
void PrintNode(Hbtree *node,int level);
//输出一个值的编码
int OutputEncode(int value);
//调节哈夫曼树节点使之平衡
void BalanceNode(Hbtree *node);
//输出一位编码
int OutputBit(int bit);
//释放哈夫曼树节点
void ReleaseNode(Hbtree *node);
//新建一个节点
Hbtree *NewNode(int value,int index, Hbtree *parent);
//输出函数地址
Output *output;
//哈夫曼树根地址
Hbtree *root;
//哈夫曼编码单元列表
Hbtree *list[LIST_LENGTH];
//输出缓冲区
unsigned char buffer[BUFFER_SIZE];
//缓冲区顶
int char_top,bit_top;
//收缩哈夫曼树参数
int max_count,shrink_factor;
//工作模式，true--编码，false--解码
bool mode;
//解码的当前节点
Hbtree *current;
int remain;//当前字符剩余的位数
unsigned char literal;//按位输出的字符
bool finished;
public:
//解码指定长度的字符串
int Decode(unsigned char *s,int len);
//解码一个字符
int Decode(unsigned char c);
//打印哈夫曼树
void PrintTree();
//编码指定长度的字符串
int Encode(unsigned char *s,int len);
//编码一个字符
int Encode(unsigned char c);
//清空缓冲区
int Flush();
//output指输出函数，mode指工作模式，true--编码，false--解码
Huffman(Output *output,bool mode);
//析构函数
virtual ~Huffman();
};
#endif // !defined(AFX_HUFFMAN_H__B1F1A5A6_FB57_49B2_BB67_6D1764CC04AB__INCLUDED_)
================end of Huffman.h==================
祝你好运！
⑹ 哈夫曼树怎么压缩和解压 c++
http://blog.csdn.net/leex_brave/article/details/51598359
⑺ 用huffman算法实现“文件的压缩与解压”怎么做啊
我写过一个Huffman编码，但只是生成了编码表，没做成压缩，但可以利用查表做成文件压缩，另外用的是C++，改成C的话比较容易，只要把动下内存分配就行了，想要的话,msn:[email protected]
⑻ 用哈夫曼树算法设计对文件文件的压缩和解压缩的实验程序解析
楼主可以去看看最优二叉树的编码问题。
1、哈夫曼编码
在数据通信中，需要将传送的文字转换成二进制的字符串，用0，1码的不同排列来表示字符。例如，需传送的报文为“AFTER DATA EAR ARE ART AREA”，这里用到的字符集为“A，E，R，T，F，D”，各字母出现的次数为{8，4，5，3，1，1}。现要求为这些字母设计编码。要区别6个字母，最简单的二进制编码方式是等长编码，固定采用3位二进制，可分别用000、001、010、011、100、101对“A，E，R，T，F，D”进行编码发送，当对方接收报文时再按照三位一分进行译码。显然编码的长度取决报文中不同字符的个数。若报文中可能出现26个不同字符，则固定编码长度为5。然而，传送报文时总是希望总长度尽可能短。在实际应用中，各个字符的出现频度或使用次数是不相同的，如A、B、C的使用频率远远高于X、Y、Z，自然会想到设计编码时，让使用频率高的用短码，使用频率低的用长码，以优化整个报文编码。
为使不等长编码为前缀编码，可用字符集中的每个字符作为叶子结点生成一棵编码二叉树，为了获得传送报文的最短长度，可将每个字符的出现频率作为字符结点的权值赋予该结点上，求出此树的最小带权路径长度就等于求出了传送报文的最短长度。因此，求传送报文的最短长度问题转化为求由字符集中的所有字符作为叶子结点，由字符出现频率作为其权值所产生的哈夫曼树的问题。利用哈夫曼树来设计二进制的前缀编码，既满足前缀编码的条件，又保证报文编码总长最短。
哈夫曼静态编码：它对需要编码的数据进行两遍扫描：第一遍统计原数据中各字符出现的频率，利用得到的频率值创建哈夫曼树，并必须把树的信息保存起来，即把字符0-255(2^8=256)的频率值以2-4BYTES的长度顺序存储起来，（用4Bytes的长度存储频率值，频率值的表示范围为0--2^32-1，这已足够表示大文件中字符出现的频率了）以便解压时创建同样的哈夫曼树进行解压；第二遍则根据第一遍扫描得到的哈夫曼树进行编码，并把编码后得到的码字存储起来。
哈夫曼动态编码：动态哈夫曼编码使用一棵动态变化的哈夫曼树，对第t+1个字符的编码是根据原始数据中前t个字符得到的哈夫曼树来进行的，编码和解码使用相同的初始哈夫曼树，每处理完一个字符，编码和解码使用相同的方法修改哈夫曼树，所以没有必要为解码而保存哈夫曼树的信息。编码和解码一个字符所需的时间与该字符的编码长度成正比，所以动态哈夫曼编码可实时进行。[3]
2、哈夫曼译码
在通信中，若将字符用哈夫曼编码形式发送出去，对方接收到编码后，将编码还原成字符的过程，称为哈夫曼译码。[4]
⑼ 一、实验题目：用哈夫曼编码实现文件压缩用C++实现 急用
这是我的实验报告：http://student.csdn.net/space.php?uid=395622&do=blog&id=51206/**
* @brief 哈夫曼编码
* @date 2010-11-30
*/
#include <iostream>
#include <string>
#include <queue>
#include <map>
using namespace std;
/**
* @brief 哈弗曼结点
* 记录了哈弗曼树结点的数据、权重及左右儿子
*/
struct HTNode {
char data;
HTNode *lc, *rc;
int w;
/** 节点构造函数 */
HTNode(char _d, int _w, HTNode *_l = NULL, HTNode *_r = NULL)
{
data = _d;
w = _w;
lc = _l;
rc = _r;
}
/** 节点拷贝构造函数 */
HTNode(const HTNode &h)
{
data = h.data;
lc = h.lc;
rc = h.rc;
w = h.w;
}
/** 用于优先队列比较的运算符重载 */
friend bool operator < (const HTNode &a, const HTNode &b)
{
return a.w > b.w;
}
};
/** 哈弗曼树叶子节点数、各叶子结点数据及权重 */
/** 权值从Lolita小说中抽样取出 */
const char ch[] = {
10, 32, 33, 37, 40, 41, 44, 45, 46, 48,
49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58,
59, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72,
73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82,
83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 93,
97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106,
107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116,
117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 161, 164, 166,
168, 170, 173, 174, 175, 176, 177, 180, 186, 255,
'\r', '\0'
};
const int fnum[] = {
2970, 99537, 265, 1, 496, 494, 9032, 1185, 5064, 108,
180, 132, 99, 105, 82, 64, 62, 77, 126, 296,
556, 548, 818, 443, 543, 435, 225, 271, 260, 797,
3487, 158, 50, 1053, 589, 498, 332, 316, 61, 276,
724, 855, 54, 293, 543, 11, 185, 11, 25, 26,
42416, 7856, 12699, 23670, 61127, 10229, 10651, 27912, 32809, 510,
4475, 23812, 13993, 34096, 38387, 9619, 500, 30592, 30504, 42377,
14571, 4790, 11114, 769, 10394, 611, 1, 4397, 12, 71,
117, 1234, 81, 5, 852, 1116, 1109, 1, 3, 1,
2970
};
const int n = 91;
/** 优先队列 */
priority_queue<HTNode> pq;
/** 哈弗曼编码映射 */
map<string, char> dcode;
map<char, string> ecode;
/** 根节点以及总权重+边长 */
HTNode *root;
int sum = 0;
/** 初始化叶节点，并加入到优先队列中 */
void Init()
{
for(int i = 0; i < n; i++)
{
HTNode p(ch[i], fnum[i]);
pq.push(p);
}
}
/** 建立哈夫曼树 */
void CreateHT()
{
HTNode *lmin, *rmin;
/** 当队列中不止一个元素时 */
while(!pq.empty() && 1 != pq.size())
{
/** 取队首两个元素（权值最小） */
lmin = new HTNode(pq.top());
pq.pop();
rmin = new HTNode(pq.top());
pq.pop();
/** 合并元素重新入队 */
HTNode p(0, lmin->w + rmin->w, lmin, rmin);
pq.push(p);
}
if(!pq.empty())
{
/** 根节点 */
root = new HTNode(pq.top());
pq.pop();
}
}
/** 创建哈夫曼编码 */
void CreateHTCode(HTNode *p, string str)
{
if(!p) return;
if(0 != p->data)
{
/** 若是叶节点，则记录此节点的编码值 */
dcode[str] = p->data;
ecode[p->data] = str;
sum += (str.length() * p->w);
return;
}
CreateHTCode(p->lc, str + "0");
CreateHTCode(p->rc, str + "1");
}
/** 显示哈夫曼编码 */
void DispCode()
{
printf("输出哈弗曼编码：\n");
for(int i = 0; i < n; i++)
{
printf("\t'%c':\t%s\n", ch[i], ecode[ch[i]].c_str());
}
printf("平均长度：%.5lf\n", double(sum) / double(root->w));
}
/** 释放哈夫曼树 */
void Release(HTNode *p)
{
if(!p) return;
Release(p->lc);
Release(p->rc);
delete p;
}
/** 输出压缩文 */
void putEncode(FILE *fp, char *buf)
{
unsigned char code = 0;
for(int i = 0; i < 8; i++)
code = (code << 1) + (buf[i] - '0');
fwrite(&code, sizeof(unsigned char), 1, fp);
}
/** 判断是否在字符串内 */
bool instr(char c, const char str[])
{
for(int i = 0; i < strlen(str); i++)
if(c == str[i]) return true;
return false;
}
/** 压缩文件 */
void Encode()
{
FILE *OF;
FILE *IF;
char ifn[255];
const char ofn[] = "Encode.txt";
char buf[9];
int cnt = 0, newcnt = 0;
printf("Input the filename: ");
scanf("%s", ifn);
IF = fopen(ifn, "rb");
if(!IF)
{
printf("Wrong file.\n");
return;
}
OF = fopen(ofn, "wb+");
if(!OF)
{
printf("Wrong file.\n");
}
/** 开始读文件 */
memset(buf, 0, sizeof(buf));
while(!feof(IF))
{
unsigned char c;
fread(&c, sizeof(unsigned char), 1, IF);
if(instr(c, ch));
else c = ' ';
for(int i = 0; i < ecode[c].length(); i++)
{
buf[strlen(buf)] = ecode[c][i];
if(8 == strlen(buf))
{
newcnt++;
putEncode(OF, buf);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
cnt++;
}
cnt--;
if(0 != strlen(buf))
{
for(int i = strlen(buf); i < 8; i++) buf[i] = '0';
putEncode(OF, buf);
}
fwrite(&cnt, 4, 1, OF);
fclose(IF);
fclose(OF);
printf("压缩成功！压缩率：%.2f%c\n", (((double)newcnt + 4.0f) / (double)cnt) * 100, '%');
}
/** 补0 */
void putZeros(char *buf)
{
char tmpbuf[9];
memset(tmpbuf, 0, sizeof(tmpbuf));
if(8 != strlen(buf))
{
for(int i = 0; i < 8 - strlen(buf); i++) tmpbuf[i] = '0';
strcat(tmpbuf, buf);
strcpy(buf, tmpbuf);
}
}
/** 解压缩 */
void Decode()
{
char buf[256];
char oldbuf[9];
const char ifn[] = "Encode.txt";
const char ofn[] = "Decode.txt";
FILE *IF = fopen(ifn, "rb");
if(!IF)
{
printf("Wrong file.\n");
return;
}
FILE *OF = fopen(ofn, "wb+");
if(!OF)
{
printf("Wrong file.\n");
return;
}
int tot, cnt = 0;
fseek(IF, -4L, SEEK_END);
fread(&tot, 4, 1, IF);
fseek(IF, 0L, SEEK_SET);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
while(true)
{
if(cnt == tot) break;
unsigned char c;
fread(&c, sizeof(unsigned char), 1, IF);
itoa(c, oldbuf, 2);
putZeros(oldbuf);
for(int i = 0; i < 8; i++)
{
if(cnt == tot) break;
buf[strlen(buf)] = oldbuf[i];
if(dcode.end() != dcode.find(string(buf)))
{
fwrite(&dcode[string(buf)], sizeof(char), 1, OF);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
cnt++;
}
}
}
fclose(IF);
fclose(OF);
printf("解压成功！文件名Decode.txt。\n");
}
int main()
{
Init();
CreateHT();
CreateHTCode(root, "");
DispCode();
Encode();
Decode();
Release(root);
system("pause");
return 0;
}