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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace BinaryTree
{
internal class Node
{
public Node Right { get; } // branche de droite
public Node Left { get; } // branche de gauche
public char Letter { get; } // Si feuille
public string Signature { get; set; } // Code binaire selon Huffman
public int Weight { get; } // poids du noeud
// Constructeur noeud
public Node(Node right, Node left, int weight)
{
Right = right;
Left = left;
Weight = weight;
}
// Constructeur feuille
public Node(char letter, int weight)
{
Letter = letter;
Weight = weight;
}
// Fonction de lecture de l'arbre de manière récursive
// et inscription dans le tableau de correspondance
public void RecursiveReading()
{
if (Letter == '\0')
{
// Parcourt les branches de droite
Left.Signature = Signature + "0"; // La signature du noeud courant avec un 0 en plus
Left.RecursiveReading();
// Parcourt les branches de gauche
Right.Signature = Signature + "1"; // La signature du noeud courant avec un 1 en plus
Right.RecursiveReading();
}
else
{
// Écrit la correspondance dans la table
BinaryTree.AddressMappingTable[Signature] = Letter;
}
}
}
internal class BinaryTree
{
public static Dictionary<string, char> AddressMappingTable = new Dictionary<string, char>(); // Tableau de correspondance
public List<Node> Nodes; // Liste de noeuds
// Trie les noeuds par poids
public void SortNodesByWeight()
{
Nodes.Sort(
(n1, n2) => n1.Weight.CompareTo(n2.Weight)
);
}
// Trouve les deux minimums
public void FindTwoMinimums()
{
var min1 = Nodes[0];
var min2 = Nodes[1];
foreach (var node in Nodes)
{
if (node.Weight < Nodes[0].Weight)
{
min1 = node;
}
else if (node.Weight < Nodes[1].Weight)
{
min2 = node;
}
}
Nodes.Insert(0, min1);
Nodes.Remove(min1);
Nodes.Insert(1, min2);
Nodes.Remove(min2);
}
// Parcourt l'arbre de manière itérative
public void IterativeReading()
{
var nodeList = new List<Node> {Nodes[0]}; // Faire une liste de noeuds à traiter
while (nodeList.Count > 0)
{
if (nodeList[0].Letter != '\0') // Tester si c'est une feuille
{
AddressMappingTable[nodeList[0].Signature] = nodeList[0].Letter;
}
else
{
nodeList[0].Right.Signature = nodeList[0].Signature + "1";
nodeList.Add(nodeList[0].Right);
nodeList[0].Left.Signature = nodeList[0].Signature + "0";
nodeList.Add(nodeList[0].Left);
}
nodeList.RemoveAt(0); // Supprimer le noeud traité
}
}
}
internal class Utils
{
// Fonction de décodage du code binaire
public static string HuffmanDecode(string encodedMessage, Dictionary<string, char> mappingTable)
{
var decodedMessage = "";
var length = 1; // nombre de bits évalués
while (encodedMessage.Length > 0)
{
var evaluatedCode = encodedMessage.Substring(0, length); // code évalué
// Vérifier si une lettre correspond
foreach (var letter in mappingTable)
{
if (letter.Key == evaluatedCode)
{
decodedMessage += letter.Value;
encodedMessage = encodedMessage.Substring(length);
length = 1;
}
}
length++; // Rajouter un bit à la taille
}
return decodedMessage;
}
// Fonction de debug des poids
public static void PrintWeightsDebug(List<Node> nodes)
{
nodes.ForEach(delegate(Node node)
{
if (node.Letter != '\0')
{
Console.Write(node.Letter);
}
else
{
Console.Write("Node");
}
Console.Write(" ");
Console.WriteLine(node.Weight);
});
Console.WriteLine(nodes.Count);
Console.WriteLine("-----------------");
}
// Fonction de debug de la table de correspondance
public static void PrintMappingTableDebug(Dictionary<string, char> mappingTable)
{
foreach (var letter in mappingTable)
{
Console.WriteLine("Human = {0} Huffman = {1}", letter.Value, letter.Key);
}
}
// Encoder et afficher le message encodé
public static string EncodeAndPrintEncodedMessage(char[] inputArray)
{
var encodedMessage = "";
foreach (var letter in inputArray)
{
encodedMessage += BinaryTree.AddressMappingTable.FirstOrDefault(x => x.Value == letter).Key;
}
Console.WriteLine("Encoded message:");
Console.WriteLine(encodedMessage);
Console.WriteLine("Number of bits: {0}", encodedMessage.Length);
Console.WriteLine("---------------------------------------------------");
return encodedMessage;
}
// Décoder et afficher le message décodé
public static string DecodeAndPrintDecodedMessage(string encodedMessage, Dictionary<string, char> mappingTable)
{
Console.WriteLine("Decoded message:");
string decodedMessage = HuffmanDecode(encodedMessage, BinaryTree.AddressMappingTable);
Console.WriteLine(decodedMessage);
Console.WriteLine("Number of bits: {0}", Encoding.UTF8.GetByteCount(decodedMessage) * 8);
Console.WriteLine("---------------------------------------------------");
return decodedMessage;
}
// Calculer et afficher la taille compressée en % de la taille d'origine
public static double CalculateAndPrintCompressionRatio(string encodedMessage, string decodedMessage)
{
double encodedMessLength = encodedMessage.Length;
double decodedMessLength = Encoding.UTF8.GetByteCount(decodedMessage) * 8;
var ratio = encodedMessLength / decodedMessLength * 100;
Console.WriteLine("Original length in bits: {0}, After encoding: {1}", decodedMessLength, encodedMessLength);
Console.WriteLine("Ratio: {0}%", Math.Round(ratio, 2));
return ratio;
}
}
internal class Program
{
public static void HuffmanCompression(string input)
{
// Message d'origine
var inputArray = input.ToCharArray();
var occurenceCount = new Dictionary<char, int>();
// Crée le tableau des occurences
foreach (var letter in inputArray)
{
if (occurenceCount.ContainsKey(letter))
{
occurenceCount[letter] += 1;
}
else
{
occurenceCount[letter] = 1;
}
}
// Initialiser l'arbre
var binaryTree = new BinaryTree
{
Nodes = occurenceCount.Select(letter => new Node(letter.Key, letter.Value)).ToList()
};
//binaryTree.SortNodesByWeight();
if(binaryTree.Nodes.Count > 1) binaryTree.FindTwoMinimums();
Utils.PrintWeightsDebug(binaryTree.Nodes);
// Créer les nouveaux noeuds
while (binaryTree.Nodes.Count > 1)
{
var weight = binaryTree.Nodes[0].Weight + binaryTree.Nodes[1].Weight;
binaryTree.Nodes.Add(new Node(binaryTree.Nodes[0], binaryTree.Nodes[1], weight));
// Supprimer les noeuds assemblés
binaryTree.Nodes.Remove(binaryTree.Nodes[1]);
binaryTree.Nodes.Remove(binaryTree.Nodes[0]);
// Trier et afficher
if(binaryTree.Nodes.Count > 1) binaryTree.FindTwoMinimums();
//binaryTree.SortNodesByWeight();
Utils.PrintWeightsDebug(binaryTree.Nodes);
}
// Afficher poids total
Console.WriteLine(binaryTree.Nodes[0].Weight);
// Créer et afficher le tableau de correspondance
//binaryTree.Nodes[0].RecursiveReading();
binaryTree.IterativeReading();
if (BinaryTree.AddressMappingTable.Count == 0)
{
Console.WriteLine("Nothing has been written in mapping table");
}
else
{
Utils.PrintMappingTableDebug(BinaryTree.AddressMappingTable);
}
Console.WriteLine("---------------------------------------------------");
// Encoder et afficher le message d'origine encodé
var encodedMessage = Utils.EncodeAndPrintEncodedMessage(inputArray);
// Décoder et afficher le message d'origine
var decodedMessage = Utils.DecodeAndPrintDecodedMessage(encodedMessage, BinaryTree.AddressMappingTable);
// Calculer et afficher le taux de compression
Utils.CalculateAndPrintCompressionRatio(encodedMessage, decodedMessage);
}
public static void Main(string[] args)
{
var input = "The quick brown fox jumps over the lazy dog !!!";
HuffmanCompression(input);
}
}
}