C++哈夫曼树+哈夫曼编码的实现（双完整版）

本文主要是介绍C++哈夫曼树+哈夫曼编码的实现（双完整版），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

注释详解哈夫曼Tree和哈夫曼Code

一、哈夫曼Tree
二、哈夫曼Code

本文是根据B站视频👉青岛大学 - 王卓老师的数据结构来实现的，涉及到哈夫曼Tree 和哈夫曼Code的C++版完整实现，若有不足欢迎大佬斧正-(/▽＼)

一、哈夫曼Tree

具体理论请配合👉B站视频来学习，构造哈夫曼Tree主要的方法如下：
第一步：构造森林全是根
第二步：选用两小造新树
第三步：删除两小添新人(parent设置为 n+1 到 2n-1 中的下标)
第四步：重复2、3步剩单根
~~话不多说，我们只需要记住这四步，把下面代码的框架敲熟了，就能运用自如了。~~
PS：代码有详细注解和引导思考，喜欢的话可以收藏一波~

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <iomanip>
using namespace std;typedef struct HFT
{int weight;int parent, LTree, RTree;
}HFT, *PHFT;void Select(PHFT HFT, int n, int &s1, int &s2)    //选取权值最小的两个结点
{for(int i = 1; i < n; i++){         //初始化s1，s1的双亲为0if(HFT[i].parent == 0){     /**  思考：为什么不是 i <= n  **/s1 = i;					//解答：因为我们第 2n-1  个元素的parent是0break;                          /**  思考：为什么要加上 break  **/}}for(int i = 1; i < n; i++){         //s1为权值最小的下标if(HFT[i].parent == 0 && HFT[s1].weight > HFT[i].weight)s1 = i;}for(int j = 1; j < n; j++){         //初始化s2，s2的双亲为0if(HFT[j].parent == 0 && j != s1){s2 = j;break;}}for(int j = 1; j < n; j++){         //s2为另一个权值最小的下标if(HFT[j].parent == 0 && HFT[s2].weight > HFT[j].weight && j != s1)s2 = j;}
}void initHFT(PHFT &H, int n)
{if(n <= 1) return;int m = 2*n - 1;            //数组共2n - 1个元素H = new HFT[m + 1];	//0号单元未用，H[m]表示根节点for(int i = 1; i <= m; i++){H[i].parent = 0;H[i].LTree = 0;H[i].RTree = 0;}cout << "please input the weight of nodes:" << endl;for(int i = 1; i <= n; i++)cin >> H[i].weight;cout << endl;for(int i = n + 1; i <= m; i++)         //产生的新结点要放在从n+1开始，一直到2n-1的位置{int s1, s2;Select(H, i, s1, s2);H[s1].parent = i;H[s2].parent = i;   //相当于从表F中删除s1, s2H[i].LTree = s1;H[i].RTree = s2;H[i].weight = H[s1].weight + H[s2].weight;}
}void showHFT(PHFT &H, int n)
{cout << "index  weight  parent  LTree  RTree" << endl;cout << left;     //左对齐输出int m = 2*n - 1;for(int i = 1; i <= m; i++){cout << setw(5) << i << "  ";                       /** 思考： 为什么是setw(5) 和 setw(6)   **/cout << setw(6) << H[i].weight << "  ";     // 解答：当后面紧跟着的输出字段长度小于n的时候，在该字段前面用空格补齐；当输出字段长度大于n时，全部整体输出cout << setw(6) << H[i].parent << "  ";cout << setw(6) << H[i].LTree << "  ";cout << setw(6) << H[i].RTree << "  " << endl;}
}int main()
{PHFT HFT;int n = 0;cout << "please input the number of nodes: ";cin >> n;initHFT(HFT, n);showHFT(HFT, n);system("pause");return 0;
}

我们可以对应下面这张图来看代码，弄懂思路。
在这里插入图片描述
Input
please input the number of nodes: 7
please input the weight of nodes:
7
19
2
6
32
3
21

Output
index weight parent LTree RTree
1 7 0 0 0
2 19 11 0 0
3 2 8 0 0
4 6 9 0 0
5 32 12 0 0
6 3 8 0 0
7 21 12 0 0
8 5 9 3 6
9 11 10 8 4
10 18 11 1 9
11 37 13 10 2
12 53 13 7 5
13 90 0 11 12

二、哈夫曼Code

该代码在实现哈夫曼编码核心算法时既使用了C++的string类来实现，也使用了C的方式实现。这是在学会构造哈夫曼树之后的进一步提升，在这里给需要提高的同学抛出一个思考问题，“C++如何处理模板类template实现自动根据用户输入的 weight 值类型来分配内存”。
在这里插入图片描述
首先先看图，根据图来实现以下步骤（用char动态数组）：
第一步：构建哈夫曼树表、HC表（动态二维数组）、cd表（一维）
第二步：一般规定左子树路径为0，右子树路径为1，按哈夫曼树表寻找parent结点直到为0。
与第二步同时进行：先将临时cd表最后一个元素定为’\0’，创建临时结点记录当前处理的结点。
第三步：将cd表值赋值给HC表，同时销毁cd表的临时内存。

在这里插入代码片```cpp
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <iomanip>
#include <stack>
#include <algorithm>using namespace std;typedef struct HFT
{float weight;int parent, LTree, RTree;string name;
}HFT, *PHFT;void Select(const PHFT& H, const int& n, int& s1, int& s2){for(int i = 1; i < n; i++){if(H[i].parent == 0){s1 = i;break;}}for(int i = 1; i < n; i++){if(H[i].parent == 0 && H[s1].weight > H[i].weight)s1 = i;}for(int j = 1; j < n; j++){if(H[j].parent == 0 && j != s1){s2 = j;break;}}for(int j = 1; j < n; j++){if(H[j].parent == 0 && H[s2].weight > H[j].weight && j != s1)s2 = j;}
}void initHFC(PHFT& HT, const int& n)
{if(n <= 1) return;int m = 2*n - 1;HT = new HFT[m + 1];for(int i = 1; i <= m; i++){HT[i].parent = 0;HT[i].LTree = 0;HT[i].RTree = 0;}cout << "please input the weight of nodes and nodes' name as 0.23 A: " << endl;for(int i = 1; i <= n; i++){cin >> HT[i].weight >> HT[i].name;}cout << endl;for(int i = n+1; i <= m; i++){int s1, s2;Select(HT, i, s1, s2);HT[s1].parent = i;HT[s2].parent = i;HT[i].LTree = s1;HT[i].RTree = s2;HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;}
}/**      char 类型解决方案   */
void ch_CreateHFMcode(const PHFT& HT, char** HC, const int& n)
{char* temp = new char[n];temp[n-1] = '\0';int  start = 0, c = 0, father = 0;for(int i = 1; i <= n; i++){start = n - 1;c = i;                      //记录正在处理的当前位置father = HT[i].parent;while(father != 0)   //从叶子节点向上回溯{                //回溯一次 start指向前一个位置一个if(HT[father].LTree == c) temp[--start] = '0';else temp[--start] = '1';c = father;             //当前位置移到父节点father = HT[father].parent;    //更新父节点，继续向上回溯}HC[i] = new char[n-start];            // 为第 i 个字符串编码分配空间strcpy(HC[i], &temp[start]);             // 将求得的编码从临时空间cd复制到HC的当前行中，strcpy遇到 \0 拷贝就会结束}delete temp;
}/**   string 类型的解决方案   **/
void str_CreateHFMcode(PHFT& H, string *HC, const int& n)
{string temp;stack<string> st;		//利用栈实现上一个char类型strcpy的方法int cur = 0, father = 0;for(int i = 1; i <= n; i++){cur = i;father = H[i].parent;while(father != 0){if(H[father].LTree == cur) st.push("0");else st.push("1");cur = father;father = H[father].parent;}while(!st.empty()){temp += st.top();st.pop();}HC[i] = temp;temp.erase();	//擦除内存}
}void showdata(const PHFT& HFT, char** HC, const int& n){cout << "index  weight  parent  LTree  RTree" << endl;cout << left;int m = 2*n - 1;for(int i = 1; i <= m; i++){cout << setw(5) << i << "  ";cout << setw(6) << HFT[i].weight << "  ";cout << setw(6) << HFT[i].parent << "  ";cout << setw(6) << HFT[i].LTree << "  ";cout << setw(6) << HFT[i].RTree << "  " << endl;}cout << endl;cout << "Name  HFMCode" << endl;for(int i = 1; i <= n; i++){cout << setw(5) << HFT[i].name << "  ";cout << setw(7) << HC[i] << "  " << endl;}
}int main()
{PHFT HFT;int n = 0;cout << "please intput the number of vertices: ";cin >> n;char** HC = new char*[n];initHFC(HFT, n);ch_CreateHFMcode(HFT, HC, n);showdata(HFT, HC, n);return 0;
}