哈夫曼樹與哈夫曼編碼

2021-06-25 12:19:49 字數 1246 閱讀 9537

在一般的資料結構的書中,樹的那章後面,著者一般都會介紹一下哈夫曼(huffman)樹和哈夫曼編碼。哈夫曼編碼是哈夫曼樹的乙個應用。哈夫曼編碼應用廣泛,如

jpeg中就應用了哈夫曼編碼。 首先介紹什麼是哈夫曼樹。哈夫曼樹又稱最優二叉樹,是一種帶權路徑長度最短的二叉樹。所謂樹的帶權路徑長度,就是樹中所有的葉結點

的權值乘上其到根結點的 路徑長度(若根結點為0層,葉結點到根結點的路徑長度為葉結點的層數)。樹的帶權路徑長度記為wpl= (w1*l1+w2*l2+w3*l3+...+wn*ln)

,n個權值wi(i=1,2,...n)構成一棵有n個葉結點的二叉樹,相應的葉結點的路徑長度為li(i=1,2,...n)。可以證明哈夫曼樹的wpl是最小的。

哈夫曼編碼步驟:

一、對給定的n個權值構成n棵二叉樹的初始集合f= ,其中每棵二叉樹ti中只有乙個權值為wi的根結點,它的左右子樹均為空。(為方便在計算機上實現算 法,一般還要求以ti的權值wi的公升序排列。)

二、在f中選取兩棵根結點權值最小的樹作為新構造的二叉樹的左右子樹,新二叉樹的根結點的權值為其左右子樹的根結點的權值之和。

三、從f中刪除這兩棵樹,並把這棵新的二叉樹同樣以公升序排列加入到集合f中。

四、重複二和三兩步,直到集合f中只有一棵二叉樹為止。

簡易的理解就是,假如我有a,b,c,d,e五個字元,出現的頻率(即權值)分別為5,4,3,2,1,那麼我們第一步先取兩個最小權值作為左右子樹構造乙個新樹,即取1,2構成新樹,其結點為1+2=3,如圖:

虛線為新生成的結點,第二步再把新生成的權值為3的結點放到剩下的集合中,所以集合變成,再根據第二步,取最小的兩個權值構成新樹,如圖:

再依次建立哈夫曼樹,如下圖:

其中各個權值替換對應的字元即為下圖:

所以各字元對應的編碼為:a->11,b->10,c->00,d->011,e->010

霍夫曼編碼是一種無字首編碼。解碼時不會混淆。其主要應用在資料壓縮,加密解密等場合。

哈夫曼樹與哈夫曼編碼

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