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首頁後端開發Python教學如何利用Python和C語言分別實現哈夫曼編碼

1.C语言实现

1.1代码说明

a  创建双向链表:

在创建哈夫曼树的过程中,需要不断对结点进行更改和删除,所以选用双向链表的结构更容易

'''C
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
 
 
//哈夫曼树结构体,数据域存储字符及其权重
typedef struct node
{
    char c;
    int weight;
    struct node *lchild, *rchild;
}Huffman, *Tree;
 
 
//双向链表结构体,数据域存储哈夫曼树结点
typedef struct list
{
    Tree root;
    struct list *pre;
    struct list *next;
}List, *pList;
 
 
//创建双向链表,返回头结点指针
pList creatList()
{
    pList head = (pList)malloc(sizeof(List));
 
    pList temp1 = head;
    pList temp2 = (pList)malloc(sizeof(List));
    temp1->pre = NULL;
    temp1->next = temp2;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;a&#39;;
    temp1->root->weight = 22;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
    
 
    temp2->pre = temp1;
    temp1 = temp2;
    temp2 = (pList)malloc(sizeof(List));
    temp1->next = temp2;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;b&#39;;
    temp1->root->weight = 5;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
    
 
    temp2->pre = temp1;
    temp1 = temp2;
    temp2 = (pList)malloc(sizeof(List));
    temp1->next = temp2;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;c&#39;;
    temp1->root->weight = 38;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
 
    temp2->pre = temp1;
    temp1 = temp2;
    temp2 = (pList)malloc(sizeof(List));
    temp1->next = temp2;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;d&#39;;
    temp1->root->weight = 9;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
 
    temp2->pre = temp1;
    temp1 = temp2;
    temp2 = (pList)malloc(sizeof(List));
    temp1->next = temp2;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;e&#39;;
    temp1->root->weight = 44;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
 
    temp2->pre = temp1;
    temp1 = temp2;
    temp2 = (pList)malloc(sizeof(List));
    temp1->next = temp2;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;f&#39;;
    temp1->root->weight = 12;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
 
    temp2->pre = temp1;
    temp1 = temp2;
    temp1->next = NULL;
    temp1->root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
    temp1->root->c = &#39;g&#39;;
    temp1->root->weight = 65;
    temp1->root->lchild = NULL;
    temp1->root->rchild = NULL;
 
    return head;                          
}

b创建栈结构:

解码过程需要用到两个栈,一个用来存放树结点,一个用来存放码0和1

&#39;&#39;&#39;C
#define STACK_INIT_SIZE 100   //栈初始开辟空间大小
#define STACK_INCREMENT 10    //栈追加空间大小
 
//字符栈结构体,存放编码&#39;0&#39;和&#39;1&#39;
typedef struct {
    char *base;
    char *top;
    int size;
}charStack;
 
 
//栈初始化
charStack charStackInit()
{
    charStack s;
    s.base = (char *)malloc(sizeof(char)*STACK_INIT_SIZE);
    s.top = s.base;
    s.size = STACK_INIT_SIZE;
    return s;
}
 
//入栈
void charPush(charStack *s, char e)
{
    if(s->top - s->base >= s->size)
    {
        s->size += STACK_INCREMENT;
        s->base = realloc(s->base, sizeof(char)*s->size);
    }
    *s->top = e;
    s->top++;
}
 
//出栈
char charPop(charStack *s)
{
    if(s->top != s->base)
    {
        s->top--;
        return *s->top;
    }
    return -1;
}
 
//得到栈顶元素,但不出栈
char charGetTop(charStack *s)
{
    s->top--;
    char temp = *s->top;
    s->top++;
    return temp;
}
 
//栈结构体,存放哈夫曼树结点
typedef struct 
{
    Huffman *base;
    Huffman *top;
    int size;
}BiStack;
 
//栈初始化
BiStack stackInit()
{
    BiStack s;
    s.base = (Huffman *)malloc(sizeof(Huffman)*STACK_INIT_SIZE);
    s.top = s.base;
    s.size =STACK_INIT_SIZE;
    return s;
}
 
//入栈
void push(BiStack *s, Huffman e)
{
    if(s->top - s->base >= s->size)
    {
        s->size += STACK_INCREMENT;
        s->base = (Huffman *)realloc(s->base, sizeof(Huffman)*s->size);
    }
    *s->top = e;
    s->top++;
}
 
//出栈
Huffman pop(BiStack *s)
{
    Huffman temp;
    s->top--;
    temp = *s->top;
    return temp;
}
 
//得到栈顶元素,但不出栈
Huffman getTop(BiStack s)
{
    Huffman temp;
    s.top--;
    temp = *s.top;
    return temp;
}
 
char stack[7][10];             //记录a~g的编码
//遍历栈,得到字符c的编码
void traverseStack(charStack s, char c)
{
    int index = c - &#39;a&#39;; 
    int i = 0;
    while(s.base != s.top)
    {
        stack[index][i] = *s.base;
        i++;
        s.base++;
    }
}

c 创建哈夫曼树:

&#39;&#39;&#39;C
//通过双向链表创建哈夫曼树,返回根结点指针
Tree creatHuffman(pList head)
{
    pList list1 = NULL;
    pList list2 = NULL;
    pList index = NULL;
    Tree root = NULL;
    while(head->next != NULL)   //链表只剩一个结点时循环结束,此结点数据域即为哈夫曼树的根结点
    {
        list1 = head;
        list2 = head->next;
        index = list2->next;
        root = (Tree)malloc(sizeof(Huffman));
        while(index != NULL)    //找到链表中权重最小的两个结点list1,list2
        {
            if(list1->root->weight > index->root->weight || list2->root->weight > index->root->weight)
            {
                if(list1->root->weight > list2->root->weight) list1 = index;
                else list2 = index;
            }
            index = index->next;
        }
        //list1和list2设为新结点的左右孩子
        if(list2->root->weight > list1->root->weight)
        {
            root->lchild = list1->root;
            root->rchild = list2->root;
        }
        else
        {
            root->lchild = list2->root;
            root->rchild = list1->root;
        }
        //新结点字符统一设为空格,权重设为list1与list2权重之和
        root->c = &#39; &#39;;
        root->weight = list1->root->weight + list2->root->weight;
        //list1数据域替换成新结点,并删除list2
        list1->root = root;
        list2->pre->next = list2->next;
        if(list2->next != NULL)
            list2->next->pre = list2->pre;    
    }
    return head->root;
}

d编码:

&#39;&#39;&#39;C
char stack[7][10];             //记录a~g的编码
//遍历栈,得到字符c的编码
void traverseStack(charStack s, char c)
{
    int index = c - &#39;a&#39;; 
    int i = 0;
    while(s.base != s.top)
    {
        stack[index][i] = *s.base;
        i++;
        s.base++;
    }
}
 
 
//通过哈夫曼树编码
void encodeHuffman(Tree T)
{  
    BiStack bs = stackInit();
    charStack cs = charStackInit();
    Huffman root = *T;  
    Tree temp = NULL;
    push(&bs, root);      //根结点入栈
    while(bs.top != bs.base)      //栈空表示遍历结束
    {
        root = getTop(bs);
        temp = root.lchild;       //先访问左孩子
        while(temp != NULL)       //左孩子不为空
        {
            //将结点左孩子设为空,代表已访问其左孩子
            root.lchild = NULL;
            pop(&bs);            
            push(&bs, root);
            //左孩子入栈
            root = *temp;
            temp = root.lchild;
            push(&bs, root);
            //&#39;0&#39;入字符栈
            charPush(&cs, &#39;0&#39;);
        }
        temp = root.rchild;     //后访问右孩子     
        while(temp == NULL)     //右孩子为空,代表左右孩子均已访问,结点可以出栈 
        {
            //结点出栈
            root = pop(&bs);
            //寻到叶子结点,可以得到结点中字符的编码
            if(root.c != &#39; &#39;)
                traverseStack(cs, root.c);
            charPop(&cs);       //字符栈出栈
            if(bs.top == bs.base) break;    //根结点出栈,遍历结束
            //查看上一级结点是否访问完左右孩子  
            root = getTop(bs);
            temp = root.rchild;           
        }
        if(bs.top != bs.base)
        {
            //将结点右孩子设为空,代表已访问其右孩子
            root.rchild = NULL;       
            pop(&bs);
            push(&bs, root);
            //右孩子入栈
            root = *temp;      
            push(&bs, root);
            //&#39;1&#39;入字符栈
            charPush(&cs, &#39;1&#39;);
        }    
    }
}

e解码:

&#39;&#39;&#39;C
char decode[100];   //记录解码得到的字符串
//通过哈夫曼树解码
void decodeHuffman(Tree T, char *code)
{
    int cnt = 0;
    Tree root;
    while(*code != &#39;\0&#39;)                  //01编码字符串读完,解码结束
    {
        root = T;
        while(root->lchild != NULL)       //找到叶子结点
        {
            if(*code != &#39;\0&#39;)
            {
                if(*code == &#39;0&#39;)
                    root = root->lchild;
                else
                    root = root->rchild;
                code++;
            }
            else break;
        }
        decode[cnt] = root->c;             //叶子结点存放的字符即为解码得到的字符
        cnt++;
    }
}

f主函数:

&#39;&#39;&#39;C
void main()
{
    pList pl = creatList();
    printf("字符的权重如下\n");
    for(pList l = pl; l->next != NULL; l = l->next)
        printf("字符%c的权重是 %d\n", l->root->c, l->root->weight);
    Tree T = creatHuffman(pl);
    encodeHuffman(T);
    printf("\n\n字符编码结果如下\n");
    for(int i = 0; i < 7; i++)
        printf("%c : %s\n", i+&#39;a&#39;, stack[i]);
    char code[100];
    printf("\n\n请输入编码:\n");
    scanf("%s", code);
    printf("解码结果如下:\n");
    decodeHuffman(T, code);
    printf("%s\n", decode);
    printf("\n\n");
    system("date /T");
    system("TIME /T");
    system("pause");
    exit(0); 
}

1.2运行结果

如何利用Python和C語言分別實現哈夫曼編碼

2.Python实现

2.1代码说明

a创建哈夫曼树:

#coding=gbk
 
import datetime
import time
from pip._vendor.distlib.compat import raw_input
 
#哈夫曼树结点类
class Huffman:
    def __init__(self, c, weight):
        self.c = c
        self.weight = weight
        self.lchild = None
        self.rchild = None
    
    #创建结点左右孩子    
    def creat(self, lchild, rchild):
        self.lchild = lchild
        self.rchild = rchild
 
#创建列表        
def creatList():
    list = []
    list.append(Huffman(&#39;a&#39;, 22))
    list.append(Huffman(&#39;b&#39;, 5))
    list.append(Huffman(&#39;c&#39;, 38))
    list.append(Huffman(&#39;d&#39;, 9))
    list.append(Huffman(&#39;e&#39;, 44))
    list.append(Huffman(&#39;f&#39;, 12))
    list.append(Huffman(&#39;g&#39;, 65))
    return list
 
#通过列表创建哈夫曼树,返回树的根结点
def creatHuffman(list):
    while len(list) > 1:               #列表只剩一个结点时循环结束,此结点即为哈夫曼树的根结点
        i = 0
        j = 1
        k = 2
        while k < len(list):           #找到列表中权重最小的两个结点list1,list2          
            if list[i].weight > list[k].weight or list[j].weight > list[k].weight:
                if list[i].weight > list[j].weight:
                    i = k
                else:
                    j = k
            k += 1       
        root = Huffman(&#39; &#39;, list[i].weight + list[j].weight) #新结点字符统一设为空格,权重设为list1与list2权重之和   
        if list[i].weight < list[j].weight:                  #list1和list2设为新结点的左右孩子
            root.creat(list[i], list[j])
        else:
            root.creat(list[j], list[i])
        #list1数据域替换成新结点,并删除list2
        list[i] = root
        list.remove(list[j])
    return list[0]

b编码:

#通过哈夫曼树编码
def encodeHuffman(T):
    code = [[], [], [], [], [], [], []]
    #列表实现栈结构
    treeStack = []
    codeStack = []
    treeStack.append(T)
    while treeStack != []:        #栈空代表遍历结束
        root = treeStack[-1]
        temp = root.lchild
        while temp != None:
            #将结点左孩子设为空,代表已访问其左孩子
            root.lchild = None        
            #左孩子入栈          
            treeStack.append(temp)         
            root = temp
            temp = root.lchild
            #0入编码栈
            codeStack.append(0)
        temp = root.rchild            #后访问右孩子
        while temp == None:           #右孩子为空,代表左右孩子均已访问,结点可以出栈
            root = treeStack.pop()           #结点出栈
            #寻到叶子结点,可以得到结点中字符的编码
            if root.c != &#39; &#39;:
                codeTemp = codeStack.copy()
                code[ord(root.c) - 97] = codeTemp     
            if treeStack == []:    #根结点出栈,遍历结束
                break
            codeStack.pop()        #编码栈出栈
            #查看上一级结点是否访问完左右孩子
            root = treeStack[-1]
            temp = root.rchild
        if treeStack != []:
            treeStack.append(temp)     #右孩子入栈
            root.rchild = None         #将结点右孩子设为空,代表已访问其右孩子
            codeStack.append(1)        #1入编码栈
    return code

c解码:

#通过哈夫曼树解码
def decodeHuffman(T, strCode):
    decode = []
    index = 0
    while index < len(strCode):        #01编码字符串读完,解码结束
        root = T
        while root.lchild != None:     #找到叶子结点
            if index < len(strCode):
                if strCode[index] == &#39;0&#39;:
                    root = root.lchild
                else:
                    root = root.rchild
                index += 1
            else:
                break
        decode.append(root.c)           #叶子结点存放的字符即为解码得到的字符
    return decode

d主函数:

if __name__ == &#39;__main__&#39;:
    list = creatList()
    print("字符的权重如下")
    for i in range(len(list)):
        print("字符{}的权重为: {}".format(chr(i+97), list[i].weight))
    T = creatHuffman(list)
    code = encodeHuffman(T)
    print("\n字符编码结果如下")
    for i in range(len(code)):
        print(chr(i+97), end=&#39; : &#39;)
        for j in range(len(code[i])):
            print(code[i][j], end=&#39;&#39;)
        print("")
    strCode = input("\n请输入编码:\n")
    #哈夫曼树在编码时被破坏,必须重建哈夫曼树
    list = creatList()
    T = creatHuffman(list)
    decode = decodeHuffman(T, strCode)
    print("解码结果如下:")
    for i in range(len(decode)):
        print(decode[i], end=&#39;&#39;)
    print("\n\n")
    datetime = datetime.datetime.now()
    print(datetime.strftime("%Y-%m-%d\n%H:%M:%S"))
    input("Press Enter to exit…")

2.2运行结果

如何利用Python和C語言分別實現哈夫曼編碼

以上是如何利用Python和C語言分別實現哈夫曼編碼的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!

陳述
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Python vs. C:內存管理和控制Python vs. C:內存管理和控制Apr 19, 2025 am 12:17 AM

Python和C 在内存管理和控制方面的差异显著。1.Python使用自动内存管理,基于引用计数和垃圾回收,简化了程序员的工作。2.C 则要求手动管理内存,提供更多控制权但增加了复杂性和出错风险。选择哪种语言应基于项目需求和团队技术栈。

科學計算的Python:詳細的外觀科學計算的Python:詳細的外觀Apr 19, 2025 am 12:15 AM

Python在科學計算中的應用包括數據分析、機器學習、數值模擬和可視化。 1.Numpy提供高效的多維數組和數學函數。 2.SciPy擴展Numpy功能,提供優化和線性代數工具。 3.Pandas用於數據處理和分析。 4.Matplotlib用於生成各種圖表和可視化結果。

Python和C:找到合適的工具Python和C:找到合適的工具Apr 19, 2025 am 12:04 AM

選擇Python還是C 取決於項目需求:1)Python適合快速開發、數據科學和腳本編寫,因其簡潔語法和豐富庫;2)C 適用於需要高性能和底層控制的場景,如係統編程和遊戲開發,因其編譯型和手動內存管理。

數據科學和機器學習的Python數據科學和機器學習的PythonApr 19, 2025 am 12:02 AM

Python在數據科學和機器學習中的應用廣泛,主要依賴於其簡潔性和強大的庫生態系統。 1)Pandas用於數據處理和分析,2)Numpy提供高效的數值計算,3)Scikit-learn用於機器學習模型構建和優化,這些庫讓Python成為數據科學和機器學習的理想工具。

學習Python:2小時的每日學習是否足夠?學習Python:2小時的每日學習是否足夠?Apr 18, 2025 am 12:22 AM

每天學習Python兩個小時是否足夠?這取決於你的目標和學習方法。 1)制定清晰的學習計劃,2)選擇合適的學習資源和方法,3)動手實踐和復習鞏固,可以在這段時間內逐步掌握Python的基本知識和高級功能。

Web開發的Python:關鍵應用程序Web開發的Python:關鍵應用程序Apr 18, 2025 am 12:20 AM

Python在Web開發中的關鍵應用包括使用Django和Flask框架、API開發、數據分析與可視化、機器學習與AI、以及性能優化。 1.Django和Flask框架:Django適合快速開發複雜應用,Flask適用於小型或高度自定義項目。 2.API開發:使用Flask或DjangoRESTFramework構建RESTfulAPI。 3.數據分析與可視化:利用Python處理數據並通過Web界面展示。 4.機器學習與AI:Python用於構建智能Web應用。 5.性能優化:通過異步編程、緩存和代碼優

Python vs.C:探索性能和效率Python vs.C:探索性能和效率Apr 18, 2025 am 12:20 AM

Python在開發效率上優於C ,但C 在執行性能上更高。 1.Python的簡潔語法和豐富庫提高開發效率。 2.C 的編譯型特性和硬件控制提升執行性能。選擇時需根據項目需求權衡開發速度與執行效率。

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