数据结构之哈弗曼树与哈弗曼编码

本文详细介绍了哈弗曼树及其编码过程。哈弗曼树是一种最优二叉树,通过权值构建,只有叶子节点存储有效数据。哈弗曼编码利用哈弗曼树,以'0'和'1'为符号,通过遍历树得到编码,高频符号对应短码,提升数据传输效率。构建哈弗曼树采用自底向上方式,从频率最低的节点开始,逐步合并形成新节点。编码步骤包括统计符号频率、构造优先队列、生成哈弗曼树及为叶子节点编码。

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一.哈弗曼树和哈弗曼编码先知
哈弗曼树是二叉树中一种特殊的树,也被称为最优二叉树。其通过某种规则(权值)来构造出一哈夫曼二叉树,在这个二叉树中,只有叶子节点才是有效的数据节点,其他的非叶子节点是为了构造出哈夫曼而引入的!

哈夫曼编码是通过哈夫曼树进行的一种编码,一般情况下,以字符‘0’与‘1’表示。编码的实现过程很简单,只要实现哈夫曼树,通过遍历哈夫曼树,规定向左子树遍历一个节点编码为“0”,向右子树遍历一个节点编码为“1”,结束条件就是遍历到叶子节点!因为上面说过:哈夫曼树叶子节点才是有效数据节点!
二.构造哈弗曼树
假设有n个权值,则构造出的哈夫曼树有n个叶子结点。 n个权值分别设为 w1、w2、…、wn,则哈夫曼树的构造规则为:

(1) 将w1、w2、…,wn看成是有n 棵树的森林(每棵树仅有一个结点);

(2) 在森林中选出两个根结点的权值最小的树合并,作为一棵新树的左、右子树,且新树的根结点权值为其左、右子树根结点权值之和;

(3)从森林中删除选取的两棵树,并将新树加入森林;

(4)重复(2)、(3)步,直到森林中只剩一棵树为止,该树即为所求得的哈夫曼树。

例子:
我们用图画来构造一颗哈弗曼树

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