知识大全 树 - 哈夫曼树及其应用 - 哈夫曼编码 （二）

Posted 2022-07-14 叶子

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　　根据最优二叉树构造哈夫曼编码

　　利用哈夫曼树很容易求出给定字符集及其概率(或频度)分布的最优前缀码 哈夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩

　　技术 该技术一般可将数据文件压缩掉 %至 % 其压缩效率取决于被压缩文件的特征

　　 具体做法

　　( )用字符c i 作为叶子 p i 或f i 做为叶子c i 的权 构造一棵哈夫曼树 并将树中左分支和右分支分别标记为 和 ;

　　( )将从根到叶子的路径上的标号依次相连 作为该叶子所表示字符的编码 该编码即为最优前缀码(也称哈夫曼编码)

　　 哈夫曼编码为最优前缀码

　　由哈夫曼树求得编码为最优前缀码的原因

　　① 每个叶子字符c i 的码长恰为从根到该叶子的路径长度l i 平均码长(或文件总长)又是二叉树的带权路径长度WPL 而哈

　　夫曼树是WPL最小的二叉树 因此编码的平均码长(或文件总长)亦最小

　　② 树中没有一片叶子是另一叶子的祖先 每片叶子对应的编码就不可能是其它叶子编码的前缀 即上述编码是二进制的前缀码

　　 求哈夫曼编码的算法

　　( )思想方法

　　给定字符集的哈夫曼树生成后 求哈夫曼编码的具体实现过程是 依次以叶子T[i]( ≤i≤n )为出发点 向上回溯至根为止

　　上溯时走左分支则生成代码 走右分支则生成代码

　　注意

　　① 由于生成的编码与要求的编码反序 将生成的代码先从后往前依次存放在一个临时向量中 并设一个指针start指示编码在

　　该向量中的起始位置(start初始时指示向量的结束位置)

　　② 当某字符编码完成时 从临时向量的start处将编码复制到该字符相应的位串bits中即可

　　③ 因为字符集大小为n 故变长编码的长度不会超过n 加上一个结束符 \\ bits的大小应为n+

　　( )字符集编码的存储结构及其算法描述

　　typedef struct

　　char ch; //存储字符

　　char bits[n+ ]; //存放编码位串

　　CodeNode;

　　typedef CodeNode HuffmanCode[n];

　　void CharSetHuffmanEncoding(HuffmanTree T HuffmanCode H)

　　//根据哈夫曼树T求哈夫曼编码表H

　　int c p i;//c和p分别指示T中孩子和双亲的位置

　　char cd[n+ ]; //临时存放编码

　　int start; //指示编码在cd中的起始位置

　　cd[n]= \\ ; //编码结束符

　　for(i= i

　　H[i].ch=getchar();//读入叶子T[i]对应的字符

　　start=n; //编码起始位置的初值

　　c=i; //从叶子T[i]开始上溯

　　while((p=T[c].parent)>=0)//直至上溯到T[c]是树根为止

　　//若T[c]是T[p]的左孩子，则生成代码0;否则生成代码1

　　cd[--start]=(T[p).1child==C)?\'0\'：\'1\';

　　c=p; //继续上溯

　　strcpy(H[i].bits，&cd[start]); //复制编码位串

　　//endfor

　　//CharSetHuffmanEncoding

　　文件的编码和解码

　　有了字符集的哈夫曼编码表之后，对数据文件的编码过程是：依次读人文件中的字符c，在哈夫曼编码表H中找到此字符，若

　　H[i].ch=c，则将字符c转换为H[i].bits中存放的编码串。wingwiT.

　　对压缩后的数据文件进行解码则必须借助于哈夫曼树T，其过程是：依次读人文件的二进制码，从哈夫曼树的根结点(即T[m-

　　1])出发，若当前读人0，则走向左孩子，否则走向右孩子。一旦到达某一叶子T[i]时便译出相应的字符H[i].ch。然后重新从根出发

　　继续译码，直至文件结束。

　　文件的编码和解码算法【参见练习】。

相关参考