C語言實現哈夫曼樹的方法

本文實例為大傢分享瞭C語言實現哈夫曼樹的具體代碼,供大傢參考,具體內容如下

準備工作:

1、定義一個結構體,表示一個節點。其中,這個結構體有4個成員變量,分別表示是這個節點的權值,父節點及左右子節點的下標
2、定義一個整形數組,用於存放各個節點的權值
3、定義一個整形數組,用於存放哈夫曼編碼,當然也可以定義一個整形數組來存放哈夫曼編碼

構建哈夫曼樹:

1、給這個哈夫曼樹創建一個結構體數組,其中分配的空間是2 * n – 1,因為我們都知道哈夫曼樹的性質有一個是:給定n個葉子節點,那麼由這n個葉子節點構成 的哈夫曼樹一共含有2 * n – 1個節點。
2、結構體數組前面n個用於存放n個葉子節點,然後後面的n – 1個節點用於存放父節點。這時候,我們需要遍歷這個結構體數組,將所有的節點的進行初始化,即節點的權值就是結構體數組各個下標對應的值,然後節點的父節點及子節點的下標為-1,表示的是這個節點沒有父節點,同時也沒有子節點。
3、遍歷數組,將獲取數組中兩個最小的葉子節點,然後將他們的權值合並構成一個新節點。在這一步中,我們同時需要知道這兩個最小節點在結構體數組中的下標,隻有這樣,我們才可以知道它的父節點的左右子節點的下標,在初始化父節點的時候需要用到。
4、如果已經進行瞭n – 1次數操作,表明已經構建完成瞭。

獲取哈夫曼編碼:

1、由於我們將所有節點的權值都賦值給瞭一個數組,並且哈夫曼樹中的節點的下標和這個數組的下標是一一對應的,那麼我們隻需要首先在數組中獲取這個數字的下標,就表示他在哈夫滿樹中的下標也是這個,然後往它的父節點方向走,如果當前節點時它父節點的右子節點,那麼就將1存放到數組arr2中,否則字符將0存放到數組arr2中。重復這一步,直到當前的節點的父節點為空,及已經遍歷到瞭根節點。
2、重復步驟一,存放數字的數組已經遍歷完瞭,這時候已經將所有數字的哈夫曼編碼都已經輸出瞭

#include<stdio.h>
#define MAX_SIZE 1000
typedef struct NODE Node;
struct NODE{
   int weight;//節點的權值
   int parent,lchild,rchild;
};
/*
初始化或者更改節點的信息,比如,如果這個節點是一個新節點,那麼
就需要將這個節點初始化成一個葉子節點,否則需要修改這個節點的父節點
*/
void initNode(Node &node,int weight,int parent,int lchild,int rchild){
    node.weight = weight;
    node.lchild = lchild;
    node.rchild = rchild;
    node.parent = parent;
}
/*
1、有n個葉子節點,那麼構建哈夫曼樹的時候,需要分配n * 2 - 1個內存空間,前n
個表示的是新輸入的葉子節點,後面n - 1表示的是葉子節點的父節點
2、遍歷這個數組,將進行初始化,即給這些節點的權值賦值,並且將他的左右子節
點、父節點賦初始值為-1,從而構建瞭n個葉子節點
3、遍歷數組,從而將從這個數組中跳出兩個值最小的葉子節點,同時需要標記他們的下標,從而可以知道當前最小值節點的父節點的左右子節點的下標,方便下次尋找
最小值的葉子結點的時候不會再找到已經找過的葉子節點
4、將新節點插入到數組的最後。
5、重復3,4的操作,直到隻有一個節點,那麼這個節點就是哈夫曼樹的根節點
*/
void createHuffmanTree(Node *node,int *arr,int n){
    //n表示有n個葉子節點,arr數組存放的是所有葉子節點的值
   int i,j,min1,min2,x1,x2,total;//min1:第一個最小值,min2:第二個最小值,x1:第一個最小值的下標,x2:第二個最小值的下標
   for(i = 0; i < n; i++){
       initNode(node[i],arr[i],-1,-1,-1);//調用initNode方法,從而將節點進行初始化
   }
   total = n * 2 - 1;//total表示的是哈夫曼所有節點的個數
   for(i = n; i < total; i++){
        //i之所以從n開始,是因為第一個父節點這個下標(前n個節點是葉子節點)
        min1 = 65432;//定義兩個最小值
        min2 = min1;
        x1 = x2 = 0;//假設兩個最小值的下標都是0
        for(j = 0; j < i; j++){
            //判斷當前下標的節點是否為葉子節點
           if(node[j].parent == -1){
          //如果當前節點的parent等於-1,表示這個節點是一個葉子節點,那麼我們需要判斷他是否一個最小節點
                if(node[j].weight < min1){
         //如果當前這個節點的值比min1小,那麼我們需要更新min2,min1,同時需要更新兩者對應的下標
                    min2 = min1;
                    x2 = x1;
                    min1 = node[j].weight;
                    x1 = j;
                }else if(node[j].weight < min2){
                 /*
                 如果當前這個節點比第一個最小值要大,那麼我們需要判斷
                 他是否比第二個最小值小,如果是,那麼更新min2,並且更新x2
                 */
                   min2 = node[j].weight;
                   x2 = j;
                }
           }
        }
        /*
        找到兩個最小節點之後,我們需要將這兩個節點的父節點指向i,
        然後將i這個節點進行初始化,並且新節點的左子節點比右子節點小
        從而構建唯一的哈夫曼樹
        */
        node[x1].parent = i;
        node[x2].parent = i;
        initNode(node[i],min1 + min2,-1,x1,x2);//初始化合並之後的新節點
   }
}
void huffmanCode(Node *node,int child,int *str){
    //str表示的是這個葉子節點的哈夫曼編碼
    int i,parent,j = 0,e;
    parent = node[child].parent;//獲取當前這個葉子節點的父節點
    while(parent != -1){
        if(node[parent].lchild == child){
            //如果當前這個節點是父節點的左子節點,那麼就將0壓入到數組中,否則將1壓入數組中
            str[j++] = 0;
        }else{
            str[j++] = 1;
        }
        child = parent;
        parent = node[child].parent;
    }
    e = j;//當退出循環的時候,j表示的是這個數的哈夫曼編碼的長度,所以需要從下標為j - 1開始逆序輸出,才是這個數的哈夫曼編碼
    for(j = e - 1; j>= 0; j--)
        printf("%d",str[j]);
    printf("\n");
}
int main(){
  Node node[MAX_SIZE];
  int arr[MAX_SIZE];//定義一個整形數組,用於存放所有葉子節點的權值
  int arr2[MAX_SIZE];//arr2用於存放一個數字的哈夫曼編碼
  int n,i,j,e;
  printf("請輸入葉子節點的個數:");
  scanf("%d",&n);
  for(i = 0; i < n; i++)
    scanf("%d",&arr[i]);
  createHuffmanTree(node,arr,n);//構建哈夫曼樹
  /*
  獲取哈夫曼編碼:
  1、將遍歷數組arr,從而獲得各個葉子節點的權值以及下標
  2、通過這個下標,我們從這個節點向根節點走去,如果當前節點是父節點的左子
  節點,那麼將0壓入到數組中,否則將1壓入到數組arr2中
  3、逆序輸出arr2
  */
  for(i = 0; i < n; i++){
    huffmanCode(node,i,arr2);//調用這個方法,將當前下標對應的數字的哈夫曼編碼輸出
  }
  return 0;
}

以上就是本文的全部內容,希望對大傢的學習有所幫助,也希望大傢多多支持WalkonNet。