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类
   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

3. HuffmanTree类

• createTree方法用于构造树;

public static HuffmanNode createTree(List<HuffmanNode<String>> 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<HuffmanNode> BFS(HuffmanNode root){
        Queue<HuffmanNode> queue = new ArrayDeque<HuffmanNode>();
        List<HuffmanNode> list = new ArrayList<HuffmanNode>();

        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;
    }

4. HuffmanMakeCode类
   用于将文件中的内容提取，放入数组并进行计数。
5. HuffmanTest类

• 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<String> 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

• 在inHuffman中输入i write it because it makes me warm all over inside to write it to you
  

• 读入文件
  

• 次数统计
  

• 编码
  

• 文件编码

• 解码
  

• 将解码后的字符串写入outHuffman中
  

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