資料結構 哈夫曼樹

2021-10-19 02:52:36 字數 1464 閱讀 5212

在許多實際應用中,樹中結點常常被賦予乙個表示某種意義的數值,稱為該結點的權。從樹根結點到任意結點的路徑長度(經過的邊數)與該結點上權值的乘積,稱為該結點的帶權路徑長度。樹中所有結點的帶權路徑長度之和稱為全樹的帶權路徑長度,記為:

w pl

=∑i=

1nwi

liwpl=\sum_^n w_il_i

wpl=i=

1∑n​

wi​l

i​wi 是第i個結點所帶的權值,li 是該結點到根結點的路徑長度。

在含有n個帶權葉子的二叉樹中,其中帶權路徑長度(wpl)最小的二叉樹稱為哈夫曼樹,也稱最優二叉樹。

其中,c中的樹的wpl最小,可以驗證,它恰好為哈夫曼樹。

演算法描述如下:

將這n個結點分別作為n棵僅含有乙個結點的二叉樹,構成森林f。

構造乙個新結點,從f中選取兩顆樹節點權值最小的樹作為新結點的左、右子樹,並且將新節點的權值置為左、右子樹上根結點的權值之和。

從f中刪除剛選出的兩棵樹,同時將新得到的樹加入到f中。

重複步驟2和3,直至f中只剩下一棵樹為止。

從上述構造過程中可以看出哈夫曼樹具有如下特點:

每個初始結點最終都成為葉結點,且權值越小的節點到根結點的路徑長度越大。

構造過程中共新建了 n-1 個結點,因此哈夫曼樹中的結點總數為 2n - 1。

每次構造都選擇 2 棵樹作為新結點的孩子,因此哈夫曼樹中不存在度為 1 的結點。

對應待處理的乙個字串序列,若對每個字元用同樣長度的二進位制表示,則稱這種編碼方式為固定長度編碼。若允許對不同字元用不等長的二進位制位表示,則這種方式稱為可變長度編碼。 可變長編碼的特點是對高頻率的字元賦以端編碼,而對頻率較低的字元則以較長的一些的編碼,從而可以使字元平均編碼長度剪短,起到壓縮資料的效果。

若沒有乙個編碼是另乙個編碼的字首,則這樣的編碼為字首編碼。

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