資料結構 哈夫曼樹的想法

2021-10-25 03:18:42 字數 2263 閱讀 5185

路徑:從根結點到該結點的分值序列。

路徑長度:根結點到該結點所經過的分支數目。

結點的權:自己給某個結點賦予乙個實數表示權的大小

帶權路徑長度:該結點的權與路徑長度的乘積。

計算方式:

如下二叉樹:

我給a、b、c結點賦權值為5、3、4

因為a、b結點在樹中的深度為2(從根節點往下數第三層,也就是路徑長度為2),c的深度為1

所以該樹的帶權路徑長度計算為:5*2+3*2+4*1=20

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基於以上概念,引申出哈夫曼樹

概念:

有n個帶權葉子結點構成的所有二叉樹中,帶權路徑長度最短的二叉樹就是哈夫曼樹(又稱最優二叉樹)。

構造哈夫曼樹

1️⃣初始化:給定n個權值構造n棵二叉樹並構成的森林f=,其中每一棵二叉樹ti (1<=i<=n) 都只有乙個權值為wi的根結點,其左右子樹都為空。

2️⃣找最小數:在森林f中選擇兩顆根結點權值最小的二叉樹,作為一顆新二叉樹的左右子樹,標記新二叉樹的根結點權值為其左右子樹的根結點權值之和。

3️⃣刪除與加入:從f中刪除被選中的那兩顆二叉樹,同時把新構成的二叉樹加入到森林f中。

4️⃣判斷:重複2️⃣3️⃣操作。直到森林只含有一顆二叉樹為止,此時得到的二叉樹就是哈夫曼樹。

例項:現在有如下5個結點,權值分別是3,8,7,2,5,現在要構造成哈夫曼樹。

1.由第2️⃣步可知,先找出權值最小的兩個結點形成新的二叉樹,該二叉樹的根結點權值是其左右子樹根結點權值之和。

權值最小的兩個結點:2,3

新的二叉樹根結點權值為:2+3=5,所以新二叉樹如圖所示:

那麼接下來還剩這幾個二叉樹:

重複上面的步驟。接下來兩個權值最小的結點是5,7,則新的二叉樹就是

剩餘的二叉樹就是

最終,最小二叉樹(哈夫曼樹)為:

其帶權路徑長度為:5+10+12+25=55(結點權值相加,不加葉子節點的)

或許有人可能構造出這樣的二叉樹:

我們可以發現其帶權路徑長度為:5+10+17+25=57 < 55

所以它不是哈夫曼樹。

根據哈夫曼樹的特點,我們可以構造哈夫曼編碼。哈弗曼編碼是最優字首編碼。

**字首編碼:**任意乙個編碼不能成為其他任意編碼的字首。比如:一組編碼裡面有01,001,010,100,則01是010的字首,不合要求,故不是字首編碼(01則與001沒有問題,因為不是在字首)

例子:

一台模型機共有7中不同指令,其使用頻率如下:

構造p1到p7結點的哈夫曼樹如下:

我們規定該哈夫曼樹左分支標記為1,右分支標記為0(當然反過來應該也沒問題),那麼

所以指令的哈弗曼編碼如下表:

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