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目的：1.根據(jù)輸入的字符代碼集及其權(quán)值集，
構(gòu)造赫夫曼樹，輸出各字符的赫夫曼編碼
2.輸入赫夫曼碼序列，輸出原始字符代碼
作者：Dmego  時間：2016-11-11
****************************************/
#include<iostream>
#define MAX_MA 1000
#define MAX_ZF 100
using namespace std;

//哈夫曼樹的儲存表示
typedef struct
{
 int weight; //結(jié)點的權(quán)值
 int parent, lchild, rchild;//雙親，左孩子，右孩子的下標
}HTNode,*HuffmanTree; //動態(tài)分配數(shù)組來儲存哈夫曼樹的結(jié)點
 
//哈夫曼編碼表的儲存表示
typedef char **HuffmanCode;//動態(tài)分配數(shù)組存儲哈夫曼編碼

//返回兩個雙親域為0且權(quán)值最小的點的下標
void Select(HuffmanTree HT, int n, int &s1, int &s2)
{
 /*n代表HT數(shù)組的長度
 */

 //前兩個for循環(huán)找所有結(jié)點中權(quán)值最小的點（字符）
 for (int i = 1; i <= n; i++)
 {//利用for循環(huán)找出一個雙親為0的結(jié)點
  if (HT[i].parent == 0)
  {
   s1 = i;//s1初始化為i
   break;//找到一個后立即退出循環(huán)
  }
 }
 for (int i = 1; i <= n; i++)
 {/*利用for循環(huán)找到所有結(jié)點（字符）權(quán)值最小的一個
  并且保證該結(jié)點的雙親為0*/
  if (HT[i].weight < HT[s1].weight && HT[i].parent == 0)
   s1 = i;
 }
 //后兩個for循環(huán)所有結(jié)點中權(quán)值第二小的點（字符）
 for (int i = 1; i <= n; i++)
 {//利用for循環(huán)找出一個雙親為0的結(jié)點，并且不能是s1
  if (HT[i].parent == 0 && i != s1)
  {
   s2 = i;//s2初始化為i
   break;//找到一個后立即退出循環(huán)
  } 
 }

 for (int i = 1; i <= n; i++)
 {/*利用for循環(huán)找到所有結(jié)點（字符）權(quán)值第二小的一個，
  該結(jié)點滿足不能是s1且雙親是0*/
  if (HT[i].weight < HT[s2].weight && HT[i].parent == 0 && i!= s1)
   s2 = i;
 }

}

//構(gòu)造哈夫曼樹
void CreateHuffmanTree(HuffmanTree &HT, int n)
{
/*-----------初始化工作-------------------------*/
 if (n <= 1)
  return;
 int m = 2 * n - 1;
 HT = new HTNode[m + 1];
 for (int i = 1; i <= m; ++i)
 {//將1~m號單元中的雙親，左孩子，右孩子的下標都初始化為0
  HT[i].parent = 0; HT[i].lchild = 0; HT[i].rchild = 0;
 }
 for (int i = 1; i <= n; ++i)
 {
  cin >> HT[i].weight;//輸入前n個單元中葉子結(jié)點的權(quán)值
 }
/*-----------創(chuàng)建工作---------------------------*/
 int s1,s2;
 for (int i = n + 1; i <= m; ++i)
 {//通過n-1次的選擇，刪除，合并來構(gòu)造哈夫曼樹
  Select(HT, i - 1, s1, s2);
  /*cout << HT[s1].weight << " , " << HT[s2].weight << endl;*/
  /*將s1,s2的雙親域由0改為i
  (相當于把這兩個結(jié)點刪除了，這兩個結(jié)點不再參與Select()函數(shù))*/
  HT[s1].parent = i;
  HT[s2].parent = i;
  //s1,與s2分別作為i的左右孩子
  HT[i].lchild = s1;
  HT[i].rchild = s2;
  //結(jié)點i的權(quán)值為s1,s2權(quán)值之和
  HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;
 }
}

//從葉子到根逆向求每個字符的哈夫曼編碼，儲存在編碼表HC中
void CreatHuffmanCode(HuffmanTree HT, HuffmanCode &HC, int n)
{
 HC = new char*[n + 1];//分配儲存n個字符編碼的編碼表空間
 char *cd = new char[n];//分配臨時存儲字符編碼的動態(tài)空間
 cd[n - 1] = '\0';//編碼結(jié)束符
 for (int i = 1; i <= n; i++)//逐個求字符編碼
 {
  int start = n - 1;//start 開始指向最后，即編碼結(jié)束符位置
  int c = i;
  int f = HT[c].parent;//f指向結(jié)點c的雙親
  while (f != 0)//從葉子結(jié)點開始回溯，直到根結(jié)點
  {
   --start;//回溯一次，start向前指向一個位置
   if (HT[f].lchild == c) cd[start] = '0';//結(jié)點c是f的左孩子，則cd[start] = 0;
   else cd[start] = '1';//否則c是f的右孩子，cd[start] = 1
   c = f;
   f = HT[f].parent;//繼續(xù)向上回溯
  }
  HC[i] = new char[n - start];//為第i個字符編碼分配空間
  strcpy(HC[i], &cd[start]);//把求得編碼的首地址從cd[start]復制到HC的當前行中
 }
 delete cd;
}

//哈夫曼譯碼
void TranCode(HuffmanTree HT,char a[],char zf[],char b[],int n)
{
 /*
 HT是已經(jīng)創(chuàng)建好的哈夫曼樹
 a[]用來傳入二進制編碼
 b[]用來記錄譯出的字符
 zf[]是與哈夫曼樹的葉子對應的字符（葉子下標與字符下標對應）
 n是字符個數(shù)，相當于zf[]數(shù)組得長度
 */

 int q = 2*n-1;//q初始化為根結(jié)點的下標
 int k = 0;//記錄存儲譯出字符數(shù)組的下標
 int i = 0;
 for (i = 0; a[i] != '\0';i++)
 {//for循環(huán)結(jié)束條件是讀入的字符是結(jié)束符（二進制編碼）
  //此代碼塊用來判斷讀入的二進制字符是0還是1
  if (a[i] == '0')
  {/*讀入0，把根結(jié)點(HT[q])的左孩子的下標值賦給q
   下次循環(huán)的時候把HT[q]的左孩子作為新的根結(jié)點*/
   q = HT[q].lchild;
  }
  else if (a[i] == '1')
  {
   q = HT[q].rchild;
  }
  //此代碼塊用來判斷HT[q]是否為葉子結(jié)點
  if (HT[q].lchild == 0 && HT[q].rchild == 0)
  {/*是葉子結(jié)點，說明已經(jīng)譯出一個字符
  該字符的下標就是找到的葉子結(jié)點的下標*/
   b[k++] = zf[q];//把下標為q的字符賦給字符數(shù)組b[]
   q = 2 * n - 1;//初始化q為根結(jié)點的下標
   //繼續(xù)譯下一個字符的時候從哈夫曼樹的根結(jié)點開始
  }
 }
 /*譯碼完成之后，用來記錄譯出字符的數(shù)組由于沒有結(jié)束符輸出的
 時候回報錯，故緊接著把一個結(jié)束符加到數(shù)組最后*/
 b[k] = '\0';
}
//菜單函數(shù)
void menu()
{
 cout << endl;
 cout << "  ┏〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓┓" << endl;
 cout << "  ┃  ★★★★★★★哈夫曼編碼與譯碼★★★★★★★  ┃" << endl;
 cout << "  ┃     1. 創(chuàng)建哈夫曼樹      ┃" << endl;
 cout << "  ┃     2. 進行哈夫曼編碼      ┃" << endl;
 cout << "  ┃     3. 進行哈夫曼譯碼      ┃" << endl;
 cout << "  ┃     4. 退出程序       ┃" << endl;
 cout << "  ┗〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓┛" << endl;
 cout << "      <><注意：空格字符用'- '代替><>" << endl;
 cout << endl;
}
void main()
{
 int falg;//記錄要編碼的字符個數(shù)
 char a[MAX_MA];//儲存輸入的二進制字符
 char b[MAX_ZF];//存儲譯出的字符
 char zf[MAX_ZF];//儲存要編碼的字符
 HuffmanTree HT = NULL;//初始化樹為空數(shù)
 HuffmanCode HC = NULL;//初始化編碼表為空表
 menu();
 while (true)
 {
  int num;
  cout << "<><請選擇功能(1-創(chuàng)建 2-編碼 3-譯碼 4-退出)><>: ";
   cin >> num;
   switch (num)
   {
   case 1 :
    cout << "<><請輸入字符個數(shù)><>:";
    cin >> falg;
    //動態(tài)申請falg個長度的字符數(shù)組，用來存儲要編碼的字符
    /*char *zf = new char[falg];*/
    cout << "<><請依次輸入" << falg << "個字符:><>: ";
    for (int i = 1; i <= falg; i++)
     cin >> zf[i];
    cout << "<><請依次輸入" << falg << "個字符的權(quán)值><>: ";
    CreateHuffmanTree(HT, falg);//調(diào)用創(chuàng)建哈夫曼樹的函數(shù)
    cout << endl;
    cout << "<><創(chuàng)建哈夫曼成功！,下面是該哈夫曼樹的參數(shù)輸出><>：" << endl;
    cout << endl;
    cout << "結(jié)點i"<<"\t"<<"字符" << "\t" << "權(quán)值" << "\t" << "雙親" << "\t" << "左孩子" << "\t" << "右孩子" << endl;
    for (int i = 1; i <= falg * 2 - 1; i++)
    {
     cout << i << "\t"<<zf[i]<< "\t" << HT[i].weight << "\t" << HT[i].parent << "\t" << HT[i].lchild << "\t" << HT[i].rchild << endl;
    }
    cout << endl;
    break;
   case 2:
    CreatHuffmanCode(HT, HC, falg);//調(diào)用創(chuàng)建哈夫曼編碼表的函數(shù)
    cout << endl;
    cout << "<><生成哈夫曼編碼表成功！,下面是該編碼表的輸出><>：" << endl;
    cout << endl;
    cout << "結(jié)點i"<<"\t"<<"字符" << "\t" << "權(quán)值" << "\t" << "編碼" << endl;
    for (int i = 1; i <= falg; i++)
    {
     cout << i << "\t"<<zf[i]<< "\t" << HT[i].weight << "\t" << HC[i] << endl;
    }
    cout << endl;
    break;
   case 3:
    cout << "<><請輸入想要翻譯的一串二進制編碼><>：";
    /*這樣可以動態(tài)的直接輸入一串二進制編碼，
    因為這樣輸入時最后系統(tǒng)會自動加一個結(jié)束符*/
    cin >> a;
    TranCode(HT, a, zf, b, falg);//調(diào)用譯碼的函數(shù)，
     /*這樣可以直接把數(shù)組b輸出，因為最后有
     在數(shù)組b添加輸出時遇到結(jié)束符會結(jié)束輸出*/
    cout << endl;
    cout << "<><譯碼成功！翻譯結(jié)果為><>：" << b << endl;
    cout << endl;
    break;
   case 4:
    cout << endl;
    cout << "<><退出成功！><>" << endl;
    exit(0);
   default:
    break;
   }
 }
 
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 //000101010111101111001111110001100100101011110110

}