霍夫曼树(图解霍夫曼编码)
简明易懂的霍夫曼编码来啦,用图片的形式解答霍夫曼是不是很简单呢,浏览完本文就去动手试一试吧!
编辑|张洪运
来源|沉默国王二
今天我们来普及一下霍夫曼编码,这是一种无损数据压缩的熵编码算法,由美国计算机科学家大卫·霍夫曼于1952年提出——这样的专业解释,不用说,来自维基百科 。
说实话,我听说霍夫曼编码已经很久了 。除了知道它通常用于GZIP、BZIP2、PKZIP等常规压缩格式外,我还知道它通常用于高重复率的字符数据压缩 。
大家想一想 。英语是26个字母的无限组合 。重复率这么高!常用汉字不多,2500左右 。别问我怎么知道的,我已经问过搜索引擎了 。
【图解霍夫曼编码 霍夫曼树】字符重复频率越高,霍夫曼编码的工作效率就越高!
是时候和大家一起学习霍夫曼编码的工作原理了 。毕竟,一个优秀的程序员应该能够知道为什么和为什么——请允许我再次使用这个短语 。
假设以下字符串将通过网络发送 。
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众所周知,每个字符占用8位,上面的字符串总共有15个字符,所以占用15*8=120位 。毫无疑问,对吧?有疑问的同学,请见谅 。
如果我们使用霍夫曼编码,我们可以将这个字符串压缩到更小的大小 。你是怎么做到的?
首先,霍夫曼编码将使用字符的频率创建一棵树,然后通过树的结构为每个字符生成一个特定的代码 。高频的字符使用较短的代码,而低频的字符使用较长的代码,这将减少编码字符串的平均长度,从而达到无损数据压缩的目的 。
用上面的开头字符来一步步解释霍夫曼编码的工作步骤 。
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计算字符串中每个字符的频率 。
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b出现一次,C出现6次,A出现5次,D出现3次 。
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按字符出现频率排序,组成队列q 。
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最低频率在前面,最高频率在后面 。
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开始用这些字符作为叶节点构建一棵树 。
首先创建一个空节点Z,将频率最低的字符分配到Z的左侧,将频率第二的字符分配到Z的右侧,然后将Z分配为两个字符频率之和 。
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b的频率最低,所以在左边,然后是频率为3的D,在右边;然后将父节点的值设置为4,即子节点频率的总和 。
然后从队列Q中删除B和D,将它们的和加到队列中,位置如上图*所示 。然后,重新创建空的节点Z,以4为左节点,以频率为5的A为右节点,以4和5之和为父节点 。
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继续按照之前的思路构建树,直到所有的角色都出现在树的节点中 。
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