哈夫曼編碼
任務要求
設有字符集：S={a,b,c,d,e，f,g,h,i,j,k,l,m,n.o.p.q,r,s,t,u,v,w,x,y,z}。
給定一個包含26個英文字母的文件，統計每個字符出現的概率，根據計算的概率構造一顆哈夫曼樹。
並完成對英文文件的編碼和解碼。
要求：
（1）准備一個包含26個英文字母的英文文件（可以不包含標點符號等），統計各個字符的概率
（2）構造哈夫曼樹
（3）對英文文件進行編碼，輸出一個編碼后的文件
（4）對編碼文件進行解碼，輸出一個解碼后的文件
（5）撰寫博客記錄實驗的設計和實現過程，並將源代碼傳到碼雲
（6）把實驗結果截圖上傳到雲班課
哈夫曼編碼
哈夫曼樹的基本概念
- 哈夫曼（Huffman）樹又稱作最優二叉樹，它是n個帶權葉子結點構成的所有二叉樹中，帶權路徑長度最小的二叉樹。
- “路徑”就是從樹中的一個結點到另一個結點之間的分支構成的部分，而分支的數目就是路徑長度。
- 樹的路徑長度：就是從樹根到每一結點的路徑長度之和。
- 考慮帶權的結點，結點的帶權路徑長度為：從該結點到樹根之間的路徑長度與結點上權的乘積。
- 樹的帶權路徑長度WPL(weighted path length)：樹中所有葉子結點的帶權路徑長度之和。
- 假設一個有n個帶權葉子結點的二叉樹，其權值為{w1,w2,....wn}，每個葉子結點帶權wk，每個葉子的路徑長度為 lk，則從根結點
哈夫曼編碼
- 哈夫曼編碼是哈夫曼樹的一個應用。在數字通信中，經常需要將傳送的文字轉換成由二進制字符0、1組成的二進制串，這一過程被
稱為編碼。在傳送電文時，總是希望電文代碼盡可能短，采用哈夫曼編碼構造的電文的總長最短。 - 由常識可知，電文中每個字符出現的概率是不同的。假定在一份電文中，A，B，C，D四種字符出現的概率是4/10，1/10，3/10，
2/10，若采用不等長編碼，讓出現頻率低的字符具有較長的編碼，這樣就有可能縮短傳送電文的總長度。
分析及實現過程
- 讀取文件中的字符並存入數組
讀取文件
File file = new File("/Users/wby/IdeaProjects/NEW/HaFuManTree/src/test.txt");
//mac 設置路徑的方法不太一樣：/Users/wby/IdeaProjects/NEW/HaFuManTree/src/test.txt
Reader reader = new FileReader(file);
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);
String temp = bufferedReader.readLine();
存入數組
char characters[] = new char[temp.length()];
for (int i = 0; i < temp.length(); i++) {
characters[i] = temp.charAt(i);
}
- 計算每個字母出現的頻率，存入另一數組
計算出頻率存到frequency[]並輸出
double frequency[] = new double[27];
//最后一個是加入空格
System.out.println("概率為：");
int num = 0;
for (int i = 0; i < characters.length; i++) {
if (characters[i] == ' ') {
num++;
}
frequency[26] = (float) num / characters.length;
}
for (int j = 97,i=0; j <= 122; j++,i++) {
//計數
int number = 0;
for (int m = 0; m < characters.length; m++) {
if (characters[m] == (char) j) {
number++;
}
/*frequency[j - 97] = (float) number / characters.length;*/
frequency[j - 97] = (float) number / characters.length;
}
// System.out.println("每個字符的概率是" + "\n" + Arrays.toString(frequency));
System.out.println();
System.out.print((char) j + "："+frequency[i]);
}
- 構造哈夫曼樹
設置結點數組，有兩個或兩個以上,最后一個結點設置為根結點
while (nodes.size() > 1) {
Collections.sort(nodes);
HaFuMan left = nodes.get(nodes.size() - 1);
HaFuMan right = nodes.get(nodes.size() - 2);
HaFuMan parent = new HaFuMan('無', left.getWeight() + right.getWeight());
parent.setLeft(left);
left.setCode("0");
parent.setRight(right);
right.setCode("1");
nodes.remove(left);
nodes.remove(right);
nodes.add(parent);
}
左子樹為0右子樹為1
if (root != null) {//判斷根是否為空
queue.offer(root);
root.getLeft().setCode(root.getCode() + "0");
root.getRight().setCode(root.getCode() + "1");
}
判斷不為null，將它加入到隊列
if (node.getRight() != null) {
queue.offer(node.getRight());
node.getRight().setCode(node.getCode() + "1");
}
判斷根是否為空
if (node.getLeft() != null) {
queue.offer(node.getLeft());
node.getLeft().setCode(node.getCode() + "0");
- 新建文件夾編碼並輸出
設置編碼
String result1 = "";
List<HaFuMan> temp1 = HaFuMan.breadth(root);
for (int i = 0; i < characters.length; i++) {
for (int j = 0; j < temp1.size(); j++) {
if (characters[i] == temp1.get(j).getData()) {
result1 += temp1.get(j).getCode();
}
}
}
設置文件輸入流並打印
System.out.println("\n"+"編碼：");
System.out.println(result1);
File file2 = new File("/Users/wby/IdeaProjects/NEW/HaFuManTree/src/test2.txt");
Writer writer = new FileWriter(file2);
writer.write(result1);
writer.close();
- 新建文件夾解碼並輸出
設置解碼
String result2 = "";
String current="";//定義最后的解碼過程
while(sT.size()>0) {
current = current + "" + sT.get(0);
sT.remove(0);
for (int p = 0; p < newlist1.size(); p++) {
if (current.equals(newlist1.get(p))) {
result2 = result2 + "" + newlist.get(p);
current="";
}
將文件解密並存入test3輸出
System.out.println("\n"+"解碼："+"\n"+"F"+result2);
File file3 = new File("/Users/wby/IdeaProjects/NEW/HaFuManTree/src/test3.txt");
Writer writer1 = new FileWriter(file3);
writer1.write(result2);
writer.close();
實現結果
