java 对排序输入进行高效霍夫曼编码 | 贪婪算法(Efficient Huffman Coding for Sorted Input | Greedy Algo)

 排序输入的高效霍夫曼编码 示例图

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        上面讨论的算法的时间复杂度是 O(nLogn)。如果我们知道给定的数组是排好序的(按频率非递减顺序),我们可以在 O(n) 时间内生成霍夫曼码。以下是针对已排序输入的 O(n) 算法。

1.创建两个空队列。

2.为每个唯一字符创建一个叶节点,并按频率非递减顺序将其入队到第一个队列。最初第二个队列是空的。

3.通过检查两个队列的前面,使两个频率最小的节点出队。重复以下步骤两次 
        1. 如果第二个队列为空,则从第一个队列出队。

2. 如果第一个队列为空,则从第二个队列出队。 
        3. 否则,比较两个队列的前面,并使最小的节点出队。 
        4.创建一个新的内部节点,其频率等于两个节点频率之和。将第一个出队节点设为其左子节点,将第二个出队节点设为右子节点。将此节点入队到第二个队列。
5.重复步骤 3 和 4,直到队列中有多个节点。剩下的节点就是根节点,树就完成了。 

示例代码: 

//// java Program for Efficient Huffman Coding for Sorted input //
 
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.HashMap;
 
// Node structure for creating a binary tree //
class Node {
    char ch;
    int freq;
    Node left;
    Node right;
 
    Node(char c, int f) {
        ch = c;
        freq = f;
        left = null;
        right = null;
    }
}
 
public class Main {
    // Function to print the generated Huffman codes
    static void printHuffmanCodes(Node root, String str) {
        if (root == null)
            return;
        if (root.ch != '$') {
            System.out.println(root.ch + ": " + str);
            return;
        }
 
        printHuffmanCodes(root.left, str + "0");
        printHuffmanCodes(root.right, str + "1");
    }
 
    // Function to generate Huffman codes
    static void generateHuffmanCode(HashMap<Character, Integer> charFreq) {
        if (charFreq.isEmpty())
            return;
 
        PriorityQueue<Node> pq = new PriorityQueue<>((a, b) -> a.freq - b.freq);
 
        for (char c : charFreq.keySet()) {
            pq.add(new Node(c, charFreq.get(c)));
        }
 
        while (pq.size() > 1) {
            Node left = pq.poll();
            Node right = pq.poll();
            Node node = new Node('$', left.freq + right.freq);
            node.left = left;
            node.right = right;
            pq.add(node);
        }
 
        printHuffmanCodes(pq.poll(), "");
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<Character, Integer> charFreq = new HashMap<>();
        charFreq.put('a', 5);
        charFreq.put('b', 9);
        charFreq.put('c', 12);
        charFreq.put('d', 13);
        charFreq.put('e', 16);
        charFreq.put('f', 45);
 
        generateHuffmanCode(charFreq);
    }

输出: 

f: 0 
c: 100 
d: 101 
a: 1100 
b: 1101 
e: 111

时间复杂度: O(n)
        如果输入未排序,则需要先对其进行排序,然后才能通过上述算法进行处理。排序可以使用堆排序或合并排序来完成,两者都在 Theta(nlogn) 中运行。因此,对于未排序的输入,总体时间复杂度变为 O(nlogn)。 
辅助空间: O(n)

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