哈夫曼算法编码26字母程序实现C++

一、编程目的

（1）学习和理解树和二叉树的概念、特点和相关知识，理解和掌握二叉树的遍历操作的原理和方法；掌握二叉树的常用存储结构以及C++类的实现方法。

（2）学习最优二叉树的概念，理解和掌握哈夫曼算法的原理，掌握基于哈夫曼算法构造最优二叉树的方法；学习和掌握基于最优二叉树的哈夫曼编码方法。

（3）学会通过分析应用需求，结合理论知识来设计合理的数据结构与有效的求解算法；能够通过查找和学习技术资料、文档来掌握需用到的编程知识、技术；能够综合运用所学知识，利用开发环境提供的调试工具对程序进行调试，完成程序的开发、测试和完善。

二、26字母频率表

英文字母字符集及使用频率

字母	英语中出现的频率	字母	英语中出现的频率	字母	英语中出现的频率	字母	英语中出现的频率
a	8.167%	h	6.094%	o	7.507%	u	2.758%
b	1.492%	i	6.966%	p	1.929%	v	0.978%
c	2.782%	j	0.153%	q	0.095%	w	2.360%
d	4.253%	k	0.772%	r	5.987%	x	0.150%
e	12.702%	l	4.025%	s	6.327%	y	1.974%
f	2.228%	m	2.406%	t	9.056%	z	0.074%
g	2.015%	n	6.749%

三、代码实现

#include <iostream>
#include<iomanip>
#include<string.h>
using namespace std;
struct huff
{double weight;int parent, lch, rch;char cha;
};
struct code
{char cd[25];int start;
};
void input(huff hufftree[],char alpha[],double weight[])//初始化哈夫曼树，权值先全部赋0，再将频率录入
{for (int i = 0;i < 51;i++)hufftree[i].cha = '_';for (int i = 0;i < 26;i++)hufftree[i].cha= alpha[i];for (int i = 0;i < 51;i++)hufftree[i].weight = 0;for (int i = 0;i < 26;i++)hufftree[i].weight = weight[i];for (int i = 0;i < 51;i++){hufftree[i].parent = -1;hufftree[i].lch = -1;hufftree[i].rch = -1;}
}
void buildtree(huff hufftree[])
{int i, k, lnode, rnode;double mina, minb;for (i = 26;i < 51;i++)//从第一个结点开始，确定其孩子结点{mina = minb = 100;lnode = rnode = 0;//100和0只是初始化值，无特殊含义，取100是确保高于任意字母的频率，因为所有字母的频率和是100for (k = 0;k < 51&&hufftree[k].weight!=0;k++)//每一次遍历整个hufftree，将已经找到双亲结点的和尚未被使用的结点剔除，比较剩余结点{if (hufftree[k].parent == -1)//没找到双亲结点{if (hufftree[k].weight < mina)//每一轮后mina都会变为100，此时基本第一个进来的k就会执行这个if语句{minb = mina;//如果后续有更小的权，原先在mina的数据便会被移动到minb，暂时变为第二小rnode = lnode;mina = hufftree[k].weight;lnode = k;}else if (hufftree[k].weight < minb)//看看新的权值会不会替代成为第二小{minb = hufftree[k].weight;rnode = k;}//遍历整个hufftree后，此时mina和minb上都已经确定好这一轮的最小和次小，准备赋值给这一轮对应的未使用结点}}hufftree[lnode].parent = i;//确定双亲hufftree[rnode].parent = i;hufftree[i].weight = hufftree[lnode].weight + hufftree[rnode].weight;//确定未使用结点的权hufftree[i].lch = lnode;//确定未使用结点的孩子hufftree[i].rch = rnode;}//循环直到按照哈夫曼算法确定每个结点的值，构造完成}
void createcode(huff hufftree[],code alphac[])
{int i, f, c;code hc{};for(i=0;i<26;i++)//26次循环，确定26个字母{hc.start = 26;c = i;f = hufftree[i].parent;while (f != -1){if (hufftree[f].lch == c)hc.cd[hc.start--] = '0';else hc.cd[hc.start--] =  '1';c = f;f = hufftree[f].parent;//向上再找一级，逆向从后向前储存}hc.start++;//读取时有用，确定长度alphac[i] = hc;//储存}
}
void display(code alphac[],huff hufftree[])
{int i, j;cout << "*********             欢迎使用哈夫曼编码程序             *************" << endl;cout << "*********       26字母表字符集对应哈夫曼编码如下：       *************" << endl;for(i=0;i<26;i++){cout << hufftree[i].cha << " ";for (j = alphac[i].start;j <= 26;j++)cout << alphac[i].cd[j];//正向读取cout << endl;}cout << "*************   请输入接下来的操作：         *************" << endl;cout << "************     1.将单词翻译为哈夫曼编码         ********************" << endl;cout << "************     2.将哈夫曼编码翻译为单词         ********************" << endl;cout << "请选择：" << endl;
}
void fromwordstohuff(code alphac[], huff hufftree[])
{int eye = 0;cout << "请输入你想编译的单词：" << endl;char input[1000];cin >> input;cout << input << "的编码为：" ;for (int i = 0;input[i] != '\0';i++){char temp = input[i];for (int k = 0;k < 26;k++){if (temp == hufftree[k].cha){for (int j = alphac[k].start;j <= 26;j++)cout << alphac[k].cd[j];//正向读取eye++;}}}if (eye < strlen(input)){cout << endl;cout << "您输入的单词中或含非法字符，已过滤，请您留意！" << endl;//鲁棒性容错}cout << endl;
}
void fromhufftowords(code alphac[], huff hufftree[],char code[])
{cout<< "该编码对应单词为：" ;int i, j;struct array { char storecode[10]; };array array1[26];for (i = 0;i < 26;i++){int q = 0;for ( j = alphac[i].start;j <= 26;j++){array1[i].storecode[q] = alphac[i].cd[j];q++;}array1[i].storecode[q] = '\0';//cout << array1[i].storecode << endl;（调试用）}int tt=0;//用于暂存i值char codecmp[1000];//构造用于比较的字符串int z;int w = 0;for (int i = 0;code[i] != '\0';) {int key=1;//用于判断是否跳出for循环//cout << w;w++;system("pause");（调试用）tt = i;for (z = 0;code[i] != '\0';z++){codecmp[z] = code[i];i++;}//完成拷贝codecmp[z++] = '\0';//加入截止符号i = tt;int len=0;int k = 0;for (;k < 26&&key==1;k++){    int d;for (d = 0; codecmp[d] != '\0';) {   if (codecmp[d] == array1[k].storecode[d]){d++;if (array1[k].storecode[d] == '\0')//判断哈夫曼代码是否和字符集有相同的段落{cout << hufftree[k].cha;//如果有，输出该字符key = 0;//调整key，使得对于该字符的循环停止，重新从k=0开始，避免k继续往下加len = strlen(array1[k].storecode);}}else break;}}if (k == 26 && key == 1) {cout << "<——本条提示前为成功编译的字母，但此后存在哈夫曼码输入错误,请检查后重新输入" << endl;break;}i = i + len;key = 1;//重调key值是下一次正常进入循环}}
int main()
{int w; int t;char alpha[26] = { 'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z' };double weight[26] = { 8.167,1.492, 2.782,4.253,12.702,2.228,2.015,6.094,6.966,0.153,0.772,4.025,2.406,6.749,7.507,1.929,0.095,5.987,6.327,9.056,2.758,0.978,2.360,0.150,1.974,0.074 };huff hufftree[51];code alphac[26];input(hufftree, alpha, weight);buildtree(hufftree);createcode(hufftree, alphac);display(alphac, hufftree);//字母表、权值表、哈夫曼树和储存哈夫曼码的结构数组的建立while(1){ cin >> t;w = t;int guard = 0;switch(w){case 1: fromwordstohuff(alphac, hufftree);break;case 2:  cout << "请输入哈夫曼码：" << endl;char code[1000];cin >> code;for (int check = 0;code[check] != '\0';check++){if (code[check] != '0' && code[check] != '1'){cout << "请输入二进制数字,请重试" << endl;guard = 1;break;}}if (guard == 1) { break; }fromhufftowords(alphac, hufftree,code);cout << endl;break;case 3: exit(1);default: cout << "请输入一个合理的选项" << endl;}cout << endl;cout << "*************   请输入接下来的操作：         *************" << endl;cout << "************     1.将单词翻译为哈夫曼编码         ********************" << endl;cout << "************     2.将哈夫曼编码翻译为单词         ********************" << endl;cout << "************     3.退出程序                       ********************" << endl;cout << "请选择：" << endl;}}

四、运行结果

1、初始化

2、将单词编码为哈夫曼编码

3、将哈夫曼码编译为单词

五、结语

源代码很少调用函数，编程习惯也很糟糕，因为笔者对c++已经非常生疏，但觉得这个功能很有意思，所以还是磕磕绊绊写出来了一堆非常低效低级的代码，有的地方甚至非常冗余，源代码看着乐就好啦！

笔者过于小白，如果觉得有任何错漏和不足，恳请批评指正笔者，笔者感激不尽！

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