20182303 哈夫曼编码实践

哈夫曼编码实践

实践要求

设有字符集:S={a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,n.o.p.q,r,s,t,u,v,w,x,y,z}。
给定一个包含26个英文字母的文件,统计每个字符出现的概率,根据计算的概率构造一颗哈夫曼树,并完成对英文文件的编码和解码。
要求:
(1)准备一个包含26个英文字母的英文文件(可以不包含标点符号等),统计各个字符的概率;
(2)构造哈夫曼树;
(3)对英文文件进行编码,输出一个编码后的文件;
(4)对编码文件进行解码,输出一个解码后的文件;
(5)撰写博客记录实验的设计和实现过程,并将源代码传到码云;
(6)把实验结果截图上传到云班课。

实现过程

  1. 准备一个包含26个英文字母的英文文件,
  2. HuffmanNode
    每个结点都包含六项内容:权值、结点代表字母、字母的编码、左孩子、右孩子和父结点。
private double weight; //权值
private T word; // 字母
private HuffmanNode left;
private HuffmanNode right;
private HuffmanNode parent;
String code; // 存储最后的编码
  1. HuffmanTree
  • createTree方法用于构造树;
public static HuffmanNode createTree(List> nodes) {
        while (nodes.size() > 1){
            Collections.sort(nodes);
            HuffmanNode left = nodes.get(nodes.size() - 2);
            left.setCode(0 + "");
            HuffmanNode right = nodes.get(nodes.size() - 1);
            right.setCode(1 + "");
    
            HuffmanNode parent = new HuffmanNode(left.getWeight() + right.getWeight(), null);
            // 使新结点成为父结点
            parent.setLeft(left);
            parent.setRight(right);
            // 删除权值最小的两个结点
            nodes.remove(left);
            nodes.remove(right);
            nodes.add(parent);
        }
        return nodes.get(0);
    }
  • BFS方法是使用广度优先遍历来给每一个叶子结点进行编码。
public static List BFS(HuffmanNode root){
        Queue queue = new ArrayDeque();
        List list = new ArrayList();

        if (root != null){
            // 将根元素加入队列
            queue.offer(root);
            root.getLeft().setCode(root.getCode() + "0");
            root.getRight().setCode(root.getCode() + "1");
        }

        while (!queue.isEmpty()){
            // 将队列的队尾元素加入列表中
            list.add(queue.peek());
            HuffmanNode node = queue.poll();
            // 如果左子树不为空,将它加入队列并编码
            if (node.getLeft() != null){
                queue.offer(node.getLeft());
                node.getLeft().setCode(node.getCode() + "0");
            }
            // 如果右子树不为空,将它加入队列并编码
            if (node.getRight() != null){
                queue.offer(node.getRight());
                node.getRight().setCode(node.getCode() + "1");
            }
        }
        return list;
    }
  1. HuffmanMakeCode
    用于将文件中的内容提取,放入数组并进行计数。
  2. HuffmanTest
  • 实现文件的读取,构造哈夫曼树,编码,解码,文件的写入五个步骤,前三个步骤使用之前三个类中的方法即可实现。
  • 解码:解码部分使用一个列表list4将编码结果的字符串转化到列表中去,然后定义了两个变量,第一个变量用于每次依次获取的编码值,然后与list3(存储编码的列表)进行比较找到对应索引,然后将list2(存储字母的列表)中对应索引值位置的字母加入第二个变量中,每次循环后删除列表list4的第一个元素,循环直至list4为空时结束,第二个变量temp1中存储的即为解码结果。
List list4 = new ArrayList<>();
for (int i = 0;i < result.length();i++){
    list4.add(result.charAt(i) + "");
}
String temp = "";
String temp1 = "";
while (list4.size() > 0){
    temp += "" + list4.get(0);
    list4.remove(0);
    for (int i = 0;i < list3.size();i++){
        if (temp.equals(list3.get(i))){
            temp1 += "" + list2.get(i);
            temp = "";
        }
    }
}
System.out.println("文件解码结果为: " + temp1);
  • 文件写入:文件写入就是很简单的方法使用,这里使用的是字符操作流(使用FileWriter类和FileReader类)的方法。
File file = new File("D:\\IDEA\\2303\\src\\Chapter17\\Huffman\\outHuffman.txt");
        Writer out = new FileWriter(file);
        out.write(result);
        out.close();

实践结果

  • inHuffman中输入i write it because it makes me warm all over inside to write it to you
    20182303 哈夫曼编码实践_第1张图片

  • 读入文件
    20182303 哈夫曼编码实践_第2张图片

  • 次数统计
    20182303 哈夫曼编码实践_第3张图片

  • 编码
    20182303 哈夫曼编码实践_第4张图片

  • 文件编码
  • 解码
    20182303 哈夫曼编码实践_第5张图片

  • 将解码后的字符串写入outHuffman
    20182303 哈夫曼编码实践_第6张图片

参考资料

  • Java学习笔记-基于霍夫曼编码的文本文件压缩与解压缩
  • 学习笔记--霍夫曼树与霍夫曼编码解码

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