用Java写数据结构作业——7-1构造哈夫曼树

7-1 构造哈夫曼树 (40分)

输入一些单词及其出现的频度，构造一棵哈夫曼树，输出哈夫曼编码的平均码长。
输入格式:

输入N，表示有N个单词，以下N行，每一行表示一个单词及其频度。
输出格式:

平均码长用浮点数类型表示，保留小数点后5位。
输入样例:

在这里给出一组输入。例如：

11
The 1192
of 677
a 541
to 518
and 462
that 242
he 195
is 190
for 157
His 138
are 124

输出样例:

在这里给出相应的输出。例如：

3.10437

import java.text.DecimalFormat;
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Scanner;

/**
 * JAVA中的对象类型本质上应该叫做 对象指针 类型。那么传统的对象类型呢？在JAVA里已经不见了踪影！
 * 既然没有了传统的对象类型，那么 对象指针变量 前面的*也就可以不要了。对象指针变量也就可以简称为对象变量了，
 * 反正也不会和其它概念混淆！ 所有的对象变量都是指针，没有非指针的对象变量，想不用指针都不行，这就是指针的泛化和强化。
 * 不叫指针了，就叫对象变量，这就是概念上的淡化和弱化。 没有了指针的加减运算，也没有了*、->等运算符，这是对指针的简单化。
 */
//测试时复制还是指针指向
//        Node node1=new Node();
//        Node node2=new Node();
//        node1.parent=node2;
//        if (node2.hashCode()==node1.parent.hashCode()){
//            System.out.println("是指向");
//        }else {
//            System.out.println("是复制");
//        }

    
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //输入N，表示有N个单词，以下N行，每一行表示一个单词及其频度。
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        int n=scanner.nextInt();
        Array array=new Array(n);
        for (int i=0;i<n;i++){
            Node node=new Node();
            node.data=scanner.next();
            node.frequency=scanner.nextInt();
            array.add(node);
        }
        System.out.println(new DecimalFormat(".00000").format(array.calculate(array.create())));

    }
    private static class Array{
        Node[] array;
        //此时数组中node的个数
        int current=0;
        public Array(int n) {
            array=new Node[2*n];
        }
        //向数组中加入结点
        public void add(Node ... nodes){
            if (nodes.length+current>array.length){
                System.out.println("数组溢出");
            }
            for (Node node:nodes){
                array[current++]=node;
            }
        }
        //找到两个最小频率的结点
        public Node[] findMin(){
            if (array.length<2){
                System.out.println("数组长度过短");
            }
            Node node1=null;
            Node node2=null;
            Node[] temp=new Node[2];
            for (int i=0;i<current;i++) {
                if (array[i].flag == false) {
                    if (node1 == null ) {
                        node1 = array[i];
                    } else if (node2 == null ) {
                        node2 = array[i];
                    } else if (node1.frequency > array[i].frequency||node2.frequency > array[i].frequency) {
                       if (node2.frequency>node1.frequency){
                           node2=array[i];
                       }else {
                           node1=array[i];
                       }
                    }
                }
            }

            temp[0]=node1;
            temp[1]=node2;
            return temp;
        }
        //建树
        public Node create(){
            for (int i=0;i<current;i++){
                Node[] temp=findMin();
                if (temp[0]==null&&temp[1]!=null){
                    return temp[1];
                }else if (temp[1]==null&&temp[0]!=null){
                    return temp[0];
                }else if (temp[1]!=null&&temp[0]!=null){
                    temp[0].flag=true;
                    temp[1].flag=true;
                    Node node=new Node(temp[0].frequency+temp[1].frequency);
                    node.lchild=temp[0];
                    node.rchild=temp[1];
                    add(node);
                }else {
                    System.out.println("数组中没数！！！");
                    return null;
                }
            }
            return null;
        }

        /**
         * 计算平均码长
         * @param root 根节点
         * @return 平均码长
         */
        public float calculate(Node root){
            float total=0;
            //总频率
            float count=0;
            ArrayDeque<Node> arrayDeque=new ArrayDeque<>();
            arrayDeque.push(root);
            root.floor=0;
            while (!arrayDeque.isEmpty()){
                Node temp=arrayDeque.poll();
                if (temp.isLeaf()){
                    total+=temp.floor*temp.frequency;
                    count+=temp.frequency;
                }
                if (temp.lchild!=null){
                    temp.lchild.floor=temp.floor+1;
                    arrayDeque.push(temp.lchild);
                }
                if (temp.rchild!=null){
                    temp.rchild.floor=temp.floor+1;
                    arrayDeque.push(temp.rchild);
                }
            }
            return total/count;

        }

    };
    //建立node结点类
    private static class Node{
        String data=null;
        int  frequency;
        Node lchild=null;
        Node rchild=null;
        //表示是否被遍历
        Boolean flag=false;
        //存储层数
        Integer floor=null;
        public Node() {
        }

        public Node(int frequency) {
            this.frequency = frequency;
        }

        /**
         * 判断是否是叶子结点
         * @return 是则返回true，不是则返回false
         */
        public boolean isLeaf(){
            if (lchild==null&&lchild==null){
                return true;
            }else return false;
        }
    }
}

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