哈夫曼树的建立
哈夫曼算法一般用来实现数据压缩，以另外一种规则存储数据，从而达到压缩的功能。
以下是我编写的一个哈夫曼树的例子：
程序描述：1.传入一个字符串，将之分解，得到每个字符的个数，个数即为权值
2.将每一个字符和他的权值传入一个HFMNode对象中， 再将该对象传入一个队列中
3.将队列中的HFMNode对象按权值大小排序，每次取其中权值最小的两个对象，生成一个二叉树，
向array中删除这两个权值最小的节点，同时添加该两对象的父节点
4.编码 按规则：从根节点开始，向左走一步编码加+1，向右走一步编码+0
以下为源码：
哈夫曼节点的类
package tree;
public class HFMNode {
//节点一共有三种：
//1.根节点 根节点没有父节点
//2.叶节点 没有子节点
//3.中间节点 有父节点和子节点
private HFMNode parent ;
private HFMNode leftChild ;
private HFMNode rightChild;
private char s ;//节点所储存的字符
private int weight=0 ;//所储存节点的权值
private String code="" ;//字符对应的哈夫曼编码
public void setParent(HFMNode parent){
this.parent = parent ;
}
public HFMNode getParent(){
return this.parent ;
}
public void setLeftChild(HFMNode leftChild){
this.leftChild = leftChild ;
}
public HFMNode getLeftChild(){
return this.leftChild ;
}
public void setRightChild(HFMNode rightChild){
this.rightChild = rightChild ;
}
public HFMNode getRightChild(){
return this.rightChild ;
}
public void setWeight(int weight){
this.weight = weight ;
}
public int getWeight(){
return this.weight ;
}
public void setChar(char s){
this.s = s ;
}
public char getChar(){
return this.s ;
}
public void setCode(String code){
this.code = code ;
}
public String getCode(){
return this.code ;
}
}
哈夫曼树的类
package tree;
import java.util.ArrayList;
public class ConstructHFM {
private String data ;//传入的字符串
private ArrayList<HFMNode> array = new ArrayList<HFMNode>();
private ArrayList<HFMNode> nodeArray = new ArrayList<HFMNode>();//储存所有的节点
public ConstructHFM(String data){
this.data = data ;
}
/**
*得到字符串的编码
*/
public void getStringCode(){
this.setTreeNode();
this.sortAndConsTree();
this.setEveryCharCode(array.get(0));
String allCode = this.getAllCode();
System.out.println("*******************************************************");
System.out.println(data+"的哈夫曼编码是："+allCode);
}
/**
* 得到不同的字符总数，
* 将每一个字符和他的权值传入一个HFMNode对象中，
* 将此对象添加入队列中
*/
public void setTreeNode(){
char[] s = data.toCharArray();
int[] charCount = new int[s.length];//与字符数组相对应，记录对应字符的个数
for(int i=0 ;i<charCount.length ;i++){
charCount[i] = 1 ;
}
//得到字符的数目，以及每个字符的个数
for(int i=0 ; i<s.length ;i++){
for(int j=0 ; j<i ;j++){
if(s[i]==s[j]){
charCount[j]++;
charCount[i]=0;
break;
}
}
}
//将字符传入及节点对象
for(int i=0 ;i<s.length ;i++){
if(charCount[i]!=0){
HFMNode h = new HFMNode();
h.setChar(s[i]) ;
h.setWeight(charCount[i]);
array.add(h);
nodeArray.add(h);
}
}
}
/**
* 将队列array中的每个HFMNode对象按权值排序 ，
* 取得最后两个对象生成二叉树，
* 删除这2个节点，添加其构成的父节点
* 且当array中只有一个元素时，该元素为根节点
*/
public void sortAndConsTree(){
while(array.size()>=2){//冒泡排序
for(int i=0;i<array.size();i++){
HFMNode tem = array.get(i) ;
for(int j=i+1;j<array.size();j++){
if(array.get(j).getWeight()>tem.getWeight()){
array.set(i, array.get(j));
array.set(j, tem);
tem = array.get(i);
}
}
}
HFMNode parent = new HFMNode();
int len = array.size();
HFMNode last = array.get(len-1) ;
HFMNode lastSecond = array.get(len-2);
parent.setLeftChild(last);
last.setParent(parent);
parent.setRightChild(lastSecond);
lastSecond.setParent(parent);
int leftWeight = last.getWeight() ;
int rightWeight = lastSecond.getWeight() ;
parent.setWeight(leftWeight + rightWeight);
array.remove(len-1);
array.remove(len-2);
array.add(parent);
nodeArray.add(parent);
}
}
/**
* 打印每个字符的哈夫曼编码
* 从根节点开始，向左走一步编码为1，向右为0
*/
public void setEveryCharCode(HFMNode node){
if(node.getLeftChild()!=null&&node.getRightChild()!=null){//判断为叶节点
node.getLeftChild().setCode(node.getCode() + 1);
node.getRightChild().setCode(node.getCode() + 0);
setEveryCharCode(node.getLeftChild());
setEveryCharCode(node.getRightChild());
}
}
/**
* 得到字符串的编码
*/
public String getAllCode(){
//按权值顺序打印所有叶节点的字符和编码
for(int i=0;i<nodeArray.size();i++){
HFMNode tem = nodeArray.get(i);
for(int j=i+1;j<nodeArray.size();j++){
if(nodeArray.get(j).getWeight()>tem.getWeight()){
nodeArray.set(i, nodeArray.get(j));
nodeArray.set(j, tem);
tem = nodeArray.get(i);
}
}
}
//打印所有的字符的HFM编码
System.out.println("******************以下是传入字符串的权值和哈夫曼编码");
for(int j=0 ;j<nodeArray.size();j++){
HFMNode h = nodeArray.get(j);
if(h.getChar()!='\u0000'){//char型变量的默认值为'\u0000'
System.out.println(h.getChar()+"的权值："+h.getWeight()+" 哈夫曼编码："+h.getCode());
}
}
System.out.println("*******************以下是生成的哈夫曼树的结构");
//打印生成HFM树的结构
for(int k=0;k<nodeArray.size();k++){
HFMNode hfm = nodeArray.get(k);
if(hfm.getParent()==null){
System.out.println("第"+k+"个节点为根节点，其权值为："+hfm.getWeight());
}
else if(hfm.getLeftChild()==null&&hfm.getRightChild()==null){
System.out.println("第"+k+"个节点为叶节点 字符为："+hfm.getChar()+" 权值："+hfm.getWeight()+" 哈夫曼编码为："+hfm.getCode());
}
else{
System.out.println("第"+k+"个节点为中间节点，其权值为："+hfm.getWeight());
}
}
String allCode="" ;
char[] c = data.toCharArray();
for(int i=0;i<c.length;i++){
for(int j=0;j<nodeArray.size();j++){//nodeArray中储存有所有的节点,包括根节点和中间节点
if(c[i]==nodeArray.get(j).getChar()){
allCode+=nodeArray.get(j).getCode();
break ;
}
}
}
return allCode ;
}
public ArrayList<HFMNode> getArray(){
return this.array ;
}
}
测试类
测试描述： 传入一个字符串 String s = "abbcccddddeeeeeffffff"
打印个字符的权值和哈夫曼编码，以及生成哈夫曼树的结构
package tree;
public class TestApp {
public static void main(String[] args){
String s = "abbcccddddeeeeeffffff" ;
ConstructHFM h = new ConstructHFM(s);
h.getStringCode();
}
}
测试结果
******************以下是传入字符串的权值和哈夫曼编码
f的权值：6 哈夫曼编码：01
e的权值：5 哈夫曼编码：10
d的权值：4 哈夫曼编码：11
c的权值：3 哈夫曼编码：000
b的权值：2 哈夫曼编码：0010
a的权值：1 哈夫曼编码：0011
*******************以下是生成的哈夫曼树的结构
第0个节点为根节点，其权值为：21
第1个节点为中间节点，其权值为：12
第2个节点为中间节点，其权值为：9
第3个节点为中间节点，其权值为：6
第4个节点为叶节点 字符为：f 权值：6 哈夫曼编码为：01
第5个节点为叶节点 字符为：e 权值：5 哈夫曼编码为：10
第6个节点为叶节点 字符为：d 权值：4 哈夫曼编码为：11
第7个节点为叶节点 字符为：c 权值：3 哈夫曼编码为：000
第8个节点为中间节点，其权值为：3
第9个节点为叶节点 字符为：b 权值：2 哈夫曼编码为：0010
第10个节点为叶节点 字符为：a 权值：1 哈夫曼编码为：0011
*******************************************************
abbcccddddeeeeeffffff的哈夫曼编码是：001100100010000000000111111111010101010010101010101