哈夫曼编码与译码

一、设计思想程序要求：利用哈夫曼树对字符串进行编码,要求每个字符有自己唯一的编码。

将得到的一串字串译成0、1编码后存到一个文件夹中，然后再从这个文件夹中读出这串编码进行解码。

实现方法：输入一串字符，要求字符的区间为大写的26个英文字母，将获得的串字符用计算权值的函数（jsquanzhi()）进行字符统计，统计出现的字符种数以及每种字符出现的次数，将该种字符出现的次数作为它的权值。

将出现的字符的权值和该字符依次分别赋给两个结构体HT和HC，利用HT（节点）权值的大小建立哈夫曼树，首先用选择函数select（）函数选择两个权值最小的字符作为叶子节点，创建一个新的节点作为这两个叶节点的父节点，被选中的节点给他的HT[i].parent赋值是他下次不再被选中，父节点的权值为，子节点的权值之和。

然后将该将父节点放入筛选区中，再进行选择（被选过的不再被使用），直到所有的节点都被使用，这样一个哈夫曼树就被建立了。

根据每个字符在哈夫曼书中的位置来编译每个字符的0、1密文代码，从叶节点判断该叶节点是其父节点的左右字左字为‘0’，右子为‘1’，在判断父节点是上级父节点的左右子直至根节点，将生成的0、1字符串按所表示的字符倒序存入HC相应的字符的bins[]数组。

重新一个一个字符的读取输入的字符串，按照字符出现的顺序将它转为0、1代码并存到一个txt文件夹中去。

解码时从文件夹中，一个一个字符的读出那串0、1代码赋给一个临时字符串cd[]，用该字符串与每个字符的HC[i].bins密文比较，直到与一个字符的密文相同时，译出该字符，将字符存放在临时字符数组tempstr[]中，清空临时字符串继续读取0、1代码进行翻译，直至文件密文结束为止。

于是就得到了原先被加密的那串字符串。

二、算法流程图三、源代码// hafuman.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

//#include "stdafx.h"#include "stdlib.h"#include "string.h"#include "stdio.h"#define n 100 //叶节点的个数小等于n#define m 2*n-1 //总结点的个数为m=2*n-1int num; //定义一个全局变量用于存放字符种类个数typedef struct //结构体用于存放树节点包括节点的父节点、左子、右子以及权值{ int weight;int parent,lchild,rchild;}HTNode;typedef HTNode HafumanTree[m+1]; //重命名HTNodetypedef struct //结构体由于存放每个字符的密文和长度{char ch;char bits[10];int len;}CodeNode;typedef CodeNode HafumanCode[n+1]; //重命名CodeNodeint _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){int quan[27]; //声明一个数组用以存放26字符的权值char getstr[300],str[27];//声明两个字符串数组一个用于存输入一个由于存放输入中含有的字符char *s; //声明一个char型指针用于指向字符HafumanTree HT; //声明m+1个树节点HafumanCode HC; //声明n+1个codeint jisuanquan(char *s,int quan[],char str[]); //声明需要调用的函数void gjhafumantree(HafumanTree HT,HafumanCode HC,int quan[],char str[]);void Hafumanencode(HafumanTree HT,HafumanCode HC);void coding(HafumanCode HC,char *str);char *decode(HafumanCode HC);printf("请输入要加密的字符串：\n");gets(getstr); //获得输入的字符串num=jisuanquan(getstr,quan,str); //统计字符串中含有字符种类个数//printf("%d\n",num);gjhafumantree(HT,HC,quan,str); //根据字符权值构建哈夫曼树Hafumanencode(HT,HC); //根据哈夫曼树确定每个字符的code coding(HC,getstr); //将字符串译码存入文件夹s=decode(HC); //将暗文解码printf("解密为：\n");printf("%s\n",s);system("pause");return 0;}//函数int jisuanquan(char *s,int quan[],char str[]) //计算字符串中字符权值{char *p;int i,j,k,quantemp[27];for(i=1;i<27;i++) //将所有字符的权值赋成0 {quantemp[i]=0;}for(p=s;*p!='\0';p++) //判断字符串是否结束{if(*p>='A'&&*p<='Z') //判断字符是否为26字母{k=*p-64; //看是26个字符中的哪个字符quantemp[k]++; //字符权值加1}}j=0;for(i=1,j=0;i<27;i++){if(quantemp[i]!=0){j++; //用于统计字符种类个数str[j]=i+64; //str按字母表顺序存储出现过的字符quan[j]=quantemp[i];}}return j;}void select(HafumanTree HT,int k,int *s1,int*s2) //选择权值最小的两个{int i,j;int min1=9999; //声明一个int类型的数值min1，赋个较大的输给它for(i=1;i<=k;i++) //选择权值最小的一个节点（且该节点无父节点）{if((HT[i].weight<min1)&&(HT[i].parent==0)){j=i;min1=HT[i].weight;}}*s1=j;min1=9999;for(i=1;i<=k;i++){if((HT[i].weight<min1)&&(HT[i].parent==0)&&(i!=*s1))//选择权值最小的一个节点（且该节点无父节点）{j=i;min1=HT[i].weight;}}*s2=j;}void gjhafumantree(HafumanTree HT,HafumanCode HC,int quan[],char str[]) //构建哈夫曼树{int i,s1,s2;for(i=1;i<2*num-1;i++) //将所有的节点赋空{HT[i].lchild=0;HT[i].rchild=0;HT[i].parent=0;HT[i].weight=0;}for(i=1;i<=num;i++) //将num个字符的权值赋给num叶节点{HT[i].weight=quan[i];}for(i=1;i<=num;i++) //将num个字符赋给codenode{HC[i].ch=str[i];}i=1;while(i<=num){ printf("===%c===%d===\n",HC[i].ch,quan[i]);i++;} //输出每个字符的及其权值for(i=num+1;i<=2*num-1;i++){select(HT,i-1,&s1,&s2); //选择两个权值最小的叶节点HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i; //两个节点指向同一父节点HT[i].lchild=s1;HT[i].rchild=s2;HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;//父节点的权值为子节点相加（父节点继续放入选择区）}}void Hafumanencode(HafumanTree HT,HafumanCode HC){int c,p,i;char cd[n]; //临时数组用于记录字符在哈夫曼树的位置int start;cd[num]='\0'; //给cd赋个结束符for(i=1;i<=num;i++){start=num;c=i;while((p=HT[c].parent)>0) //根据节点是其父节点的左右子来记录它的位置{cd[--start]=(HT[p].lchild==c)?'0':'1';c=p; //将父节点转为子节点}strcpy(HC[i].bits,&cd[start]); //将得到的0、1字串存入结构体HCprintf("%c:%s\n",HC[i].ch,HC[i].bits);HC[i].len=num-start; //求每个字符0、1编码长度}}void coding(HafumanCode HC,char *str) //根据哈夫曼树确定每个字符的0、1代码code{int i,j;FILE *fp; //声明一个文件夹指针fp=fopen("codefile.txt","w"); //打开文件夹codefileprintf("密文为：\n");while(*str) //字符串未结束时{for(i=1;i<=num;i++){if(HC[i].ch==*str) //判断字符是否在Codenode中存在{for(j=0;j<HC[i].len;j++) //将codenode中该字符的1、0代码存入文件夹{fputc(HC[i].bits[j],fp);}printf("%s",HC[i].bits);break;}}str++; //字符后移}printf("\n");fclose(fp);}char *decode(HafumanCode HC){FILE *fp;char tempstr[9999];char *p;static char cd[n+1]; //char型数组用于存放从文件夹中读取的1、0代码int i,j,k=0,jsjs;fp=fopen("codefile.txt","r");while(!feof(fp)) //当文件夹读取没有结束{jsjs=0; //判读一个字符是否译码结束for(i=0;(i<num)&&(jsjs==0)&&(!feof(fp));i++) //当一个字符未译完并且文件未读取结束{ cd[i]=' ';cd[i+1]='\0'; //让cd[]赋成空格cd[i]=fgetc(fp); //读取文件夹中的一个字符for(j=1;j<=num;j++){f(strcmp(HC[j].bits,cd)==0) //看cd[]的字符串是否等于Codenode中的某个密文{tempstr[k]=HC[j].ch;jsjs=1;printf("=%s=",HC[j].bits);k++;break;}//将译出的字符赋给临时字符串tempstr[],标记一个字符译码结束jsjs赋1，跳出循环}}}tempstr[k]='\0'; //赋给临时字符串一个结束标志p=tempstr; //char型指针指向临时字符串return p;}四、运行结果图5 哈夫曼编码与译码运行结果图五、遇到的问题及解决这部分我主要遇到了如下两个问题，其内容与解决方法如下所列：●当我写完程序，输入一段字符串让程序进行译码和解码是出现了一个问题，译出的结果不是想要的结果，但结果又有一定规律，就是结果中的字符都在明文中出现过，可是字符数量明显比明文中的要少很多。