哈夫曼abcdef编码

1、哈夫曼编码问题

我们希望压缩一个10万个字符的数据文件，下图给出文件中所出现的字符和他们的出现频率。

字符	频率（千次）


a	45

b	13

c	12

d	16

e	9

f	5

考虑一种二进制编码，每个字符用一个唯一的二进制串表示，给出压缩率最好的编码方式，也即字符的最优二进制表示。

java代码实现：

结构：

main函数：

package com;import com.TreeCode.Code;
import com.TreeCode.HuffNode;
import com.TreeCode.HuffmanTree;import java.util.Scanner;public class Main {public static void main(String[] args) {// write your code hereScanner input = new Scanner(System.in);int n,m;System.out.print("请输入字符个数：");n = input.nextInt();m=2*n-1;HuffmanTree huffmanTree=new HuffmanTree();HuffNode[] huffmanTreeNodes = new HuffNode[m];Code[] huffmanCode = new Code[n];//初始化huffmanTree,huffmanCodehuffmanTree.initHuffmanTree(huffmanTreeNodes,m);huffmanTree.initHuffmanCode(huffmanCode,n);//获取huffmanCode的符号System.out.print("请输入哈夫曼编码的字符：");huffmanTree.getHuffmanCode(huffmanCode,n);//获取huffmanTree的频数System.out.print("请输入哈夫曼编码字符对应的频数：");huffmanTree.getHuffmanWeight(huffmanTreeNodes,n);//创建huffmanTreehuffmanTree.createHaffmanTree(huffmanTreeNodes,n);//创建huffmanCodehuffmanTree.createHaffmanCode(huffmanTreeNodes,huffmanCode,n);//输出huffmanCode编码huffmanTree.ouputHaffmanCode(huffmanCode,n);}
}

哈夫曼编码类:

package com.TreeCode;public class Code
{String character;String code;Code(String character,String code){this.character=character;this.code=code;}Code(String code){this.code= code;}public String getCharacter() {return character;}public void setCharacter(String character) {this.character = character;}public String getCode() {return code;}public void setCode(String code) {this.code = code;}
}

哈夫曼树节点类：

package com.TreeCode;public class HuffNode
{int weight; //权值int parent ;//他的双亲int flag ;//标志，是否为叶子节点int leftChild; //他的左孩子int rightChild;//他的右孩子public HuffNode(int weight,int parent,int leftChild,int rightChild){this.weight=weight;this.parent=parent;this.leftChild=leftChild;this.rightChild=rightChild;}public int getWeight() {return weight;}public void setWeight(int weight) {this.weight = weight;}public int getParent() {return parent;}public void setParent(int parent) {this.parent = parent;}public int getFlag() {return flag;}public void setFlag(int flag) {this.flag = flag;}public int getLeftChild() {return leftChild;}public void setLeftChild(int leftChild) {this.leftChild = leftChild;}public int getRightChild() {return rightChild;}public void setRightChild(int rightChild) {this.rightChild = rightChild;}
}

哈夫曼树class：

package com.TreeCode;import java.util.Scanner;public class HuffmanTree
{//初始化一个huffuman树public static void initHuffmanTree(HuffNode[] huffmanTree,int m){for(int i=0;i<m;i++){huffmanTree[i] = new HuffNode(0,-1,-1,-1);}}//初始化一个huffmanCodepublic static void initHuffmanCode(Code[] huffmanCode,int n){for(int i=0;i<n;i++){huffmanCode[i]=new Code("","");}}//获取huffmanCode的符号public static void getHuffmanCode(Code[] huffmanCode , int n){Scanner input = new Scanner(System.in);for(int i=0;i<n;i++){String temp = input.next();huffmanCode[i] = new Code(temp,"");}}//获取huffman树节点频数public static void getHuffmanWeight(HuffNode[] huffmanTree , int n){Scanner input = new Scanner(System.in);for(int i=0;i<n;i++){int temp = input.nextInt();huffmanTree[i] = new HuffNode(temp,-1,-1,-1);}}//从n个结点中选取最小的两个结点public static int[] selectMin(HuffNode[] huffmanTree ,int n){int min[] = new int[2];class TempNode{int newWeight;//存储权int place;//存储该结点所在的位置TempNode(int newWeight,int place){this.newWeight=newWeight;this.place=place;}void setNewWeight(int newWeight){this.newWeight=newWeight;}void setPlace(int place){this.place=place;}int getNewWeight(){return newWeight;}int getPlace(){return place;}}TempNode[] tempTree=new TempNode[n];//将huffmanTree中没有双亲的结点存储到tempTree中int i=0,j=0;for(i=0;i<n;i++){if(huffmanTree[i].getParent()==-1&& huffmanTree[i].getWeight()!=0){tempTree[j]= new TempNode(huffmanTree[i].getWeight(),i);j++;}}int m1,m2;m1=m2=0;for(i=0;i<j;i++){if(tempTree[i].getNewWeight()<tempTree[m1].getNewWeight())//此处不让取到相等，是因为结点中有相同权值的时候，m1取最前的m1=i;}for(i=0;i<j;i++){if(m1==m2)m2++;//当m1在第一个位置的时候，m2向后移一位if(tempTree[i].getNewWeight()<=tempTree[m2].getNewWeight()&& i!=m1)//此处取到相等，是让在结点中有相同的权值的时候，//m2取最后的那个。m2=i;}min[0]=tempTree[m1].getPlace();min[1]=tempTree[m2].getPlace();return min;}//创建huffmanTreepublic static void createHaffmanTree(HuffNode[] huffmanTree,int n){if(n<=1)System.out.println("Parameter Error!");int m = 2*n-1;//initHuffmanTree(huffmanTree,m);for(int i=n;i<m;i++){int[] min=selectMin(huffmanTree,i);int min1=min[0];int min2=min[1];huffmanTree[min1].setParent(i);huffmanTree[min2].setParent(i);huffmanTree[i].setLeftChild(min1);huffmanTree[i].setRightChild(min2);huffmanTree[i].setWeight(huffmanTree[min1].getWeight()+ huffmanTree[min2].getWeight());}}//创建huffmanCodepublic static void createHaffmanCode(HuffNode[] huffmanTree,Code[] huffmanCode,int n){Scanner input = new Scanner(System.in);char[] code = new char[10];int start;int c;int parent;int temp;code[n-1]='0';for(int i=0;i<n;i++){StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();start=n-1;c=i;while( (parent=huffmanTree[c].getParent()) >=0 ){start--;code[start]=((huffmanTree[parent].getLeftChild()==c)?'0':'1');c=parent;}for(;start<n-1;start++){stringBuffer.append(code[start]);}huffmanCode[i].setCode(stringBuffer.toString());}}//输出hufmanCodepublic static void ouputHaffmanCode(Code[] huffmanCode,int n){System.out.println("字符与编码的对应关系如下：");for(int i=0;i<n;i++){System.out.println(huffmanCode[i].getCharacter()+":"+huffmanCode[i].getCode());}}}

输出结果：

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