数据结构-哈夫曼树

哈夫曼编码(Huffman Coding)

? 哈夫曼编码,又称为霍夫曼编码,它是现代压缩算法的基础
? 假设要把字符串【ABBBCCCCCCCCDDDDDDEE】转成二进制编码进行传
可以转成ASCII编码(65~ 69,1000001~1000101),但是有点冗长,如果希望编码更短呢?
可以先约定5个字母对应的二进制



? 对应的二进制编码:



? 一共20个字母,转成了60个二进制位

如果使用哈夫曼编码,可以压缩至41个二进制位,约为原来长度的68.3%

哈夫曼树

? 先计算出每个字母的出现频率(权值,这里直接用出现次数)
【ABBBCCCCCCCCDDDDDDEE】


? 利用这些权值,构建一棵哈夫曼树(又称为霍夫曼树、最优二叉树)
? 如何构建一棵哈夫曼树?(假设有 n 个权值)
1. 以权值作为根节点构建 n 棵二叉树,组成森林
2. 在森林中选出 2 个根节点最小的树合并,作为一棵新树的左右子树,且新树的根节点为其左右子树根节点之和
3. 从森林中删除刚才选取的 2 棵树,并将新树加入森林
4. 重复 2、3 步骤,直到森林只剩一棵树为止,该树即为哈夫曼树

构建哈夫曼编码


? left为0,right为1,可以得出5个字母对应的哈夫曼编码



?【ABBBCCCCCCCCDDDDDDEE】的哈夫曼编码是



? 总结
  • n 个权值构建出来的哈夫曼树拥有 n 个叶子节点
  • 每个哈夫曼编码都不是另一个哈夫曼编码的前缀
  • 哈夫曼树是带权路径长度最短的树,权值较大的节点离根节点较近
  • 带权路径长度:树中所有的叶子节点的权值乘上其到根节点的路径长度。与最终的哈夫曼编码总长度成正比关系。
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