20182306 哈夫曼编码测试

实验内容

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

哈夫曼树的理解

哈夫曼树是二叉树中很特别的一种，也是最优二叉树，通过某种权值来构造出哈夫曼二叉树，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！
哈夫曼编码是一个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”，向右遍历一个节点编码为“1”，结束条件就是遍历到叶子节点。

哈夫曼编码

构造一个结点类,定义好字符、权值、左结点、右结点、哈夫曼编码。

public class HuffmanNode implements
Comparable<HuffmanNode> {
private char data;//字符
private double weight;//权值
private HuffmanNode left;//左结点
private HuffmanNode right;//右结点
String code;//哈夫曼编码

public HuffmanNode(char data, double weight){
this.data = data;
this.weight = weight;
this.code ="";
}

构造哈夫曼树

  public static  HuffmanNode createTree(List<HuffmanNode> nodes) {
  // 只要nodes数组中有2个以上的节点
  while (nodes.size() > 1) {
      //这个是将结点进行排序，这个实现，是在结点类中自己写了一个比较的方法
      Collections.sort(nodes);
      //左侧编码为0，将左孩子定义为列表中的倒数第二个
      HuffmanNode left = nodes.get(nodes.size() - 1);
      //右侧编码为1，右孩子为列表中的倒数第一个
      HuffmanNode right = nodes.get(nodes.size() - 2);
      //那么我们知道，他们的双亲结点就是他们的权值之和
      HuffmanNode parent = new HuffmanNode('无', left.getWeight() + right.getWeight());
      //这里把双亲结点就放进去了
      parent.setLeft(left);
      left.setCode("0");
      parent.setRight(right);
      right.setCode("1");
      //删除权值最小的两个节点
      nodes.remove(left);
      nodes.remove(right);
      //将新节点加入到集合中
      nodes.add(parent);
  }
  return nodes.get(0);

}

输出编码

  public static List<HuffmanNode> breadth(HuffmanNode root) {//这里利用了广度优先遍历的内容
  List<HuffmanNode> list = new ArrayList<HuffmanNode>();
  Queue<HuffmanNode> queue = new ArrayDeque<HuffmanNode>();
   //如果根结点存在，那么我们就将根放入列表中
  if (root != null) {
      queue.offer(root);
      root.getLeft().setCode(root.getCode() + "0");
      root.getRight().setCode(root.getCode() + "1");
  }

 //如果队列不是空的，那么我们就队尾放进列表中
  while (!queue.isEmpty()) {
      list.add(queue.peek());
      HuffmanNode node = queue.poll();

      //如果左子节点不为null，将它加入到队列
      if (node.getLeft() != null) {
          queue.offer(node.getLeft());
          node.getLeft().setCode(node.getCode() + "0");
      }
      //如果右子节点不为null，将它加入到队列
      if (node.getRight() != null) {
          queue.offer(node.getRight());
          node.getRight().setCode(node.getCode() + "1");
      }
  }
  return list;

}

进行测试
在文件中分别写出字符和哈夫曼的编码

通过一些循环的方式，对编码进行输出和解密

  public static void main(String[] args) throws IOException {
  //把字符集从文件中读出来，并保存在一个数组里
  File file = new File("C:\\Users\\DELL\\IdeaProjects\\20172306\\text1.txt");
  Reader reader = new FileReader(file);
  BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);
  String temp = bufferedReader.readLine();

  char characters[] = new char[temp.length()];
  for (int i = 0; i < temp.length(); i++) {
      characters[i] = temp.charAt(i);
  }
  System.out.println("原字符集为：" + Arrays.toString(characters));
  double frequency[] = new double[27];//26个字母加空格
  int numbers = 0;//空格的个数
  for (int i = 0; i < characters.length; i++) {
      if (characters[i] == ' ') {
          numbers++;
      }
      frequency[26] = (float) numbers / characters.length;
  }
  System.out.println("字符集为");
  for (int j = 97; j <= 122; j++) {
      int number = 0;//给字母计数
      for (int m = 0; m < characters.length; m++) {
          if (characters[m] == (char) j) {
              number++;
          }
          frequency[j - 97] = (float) number / characters.length;
      }
      System.out.print((char) j + "，");
  }
  System.out.println("空格");
  System.out.println("每个字符的概率是" + "\n" + Arrays.toString(frequency));
  double result = 0.0;
  for (int z = 0; z < 27; z++) {
      result += frequency[z];
  }
  System.out.println("总概率之和为" + result);

  List<HuffmanNode> nodes = new ArrayList<HuffmanNode>();
  for (int o = 97; o <= 122; o++) {
      nodes.add(new HuffmanNode((char) o, frequency[o - 97]));
  }
  nodes.add(new HuffmanNode(' ', frequency[26]));

  HuffmanNode root = HuffmanTree.createTree(nodes);

  System.out.println("哈夫曼树为：");

  System.out.println(breadth(root));

  //对英文文件进行编码，输出一个编码后的文件
  String result1 = "";

  List<HuffmanNode> temp1 = breadth(root);

  for (int i = 0; i < characters.length; i++) {
      for (int j = 0; j < temp1.size(); j++) {

          if (characters[i] == temp1.get(j).getData()) {
              result1 += temp1.get(j).getCode();
          }
      }
  }
  System.out.println("对文件进行编码后的结果为：");
  System.out.println(result1);
  File file2 = new File("C:\\Users\\DELL\\IdeaProjects\\20182306\\text2.txt");
  Writer writer = new FileWriter(file2);
  writer.write(result1);
  writer.close();

  //对英文文件进行解码，输出一个解码后的文件
  List<String> newlist = new ArrayList<>();
  for(int m=0;m < temp1.size();m++)
  {
      if(temp1.get(m).getData()!='无')
          newlist.add(String.valueOf(temp1.get(m).getData()));
  }
  System.out.println("字符："+newlist);

  List<String> newlist1 = new ArrayList<>();
  for(int m=0;m < temp1.size();m++)
  {
      if(temp1.get(m).getData()!='无')
          newlist1.add(String.valueOf(temp1.get(m).getCode()));
  }
  System.out.println("对应编码："+newlist1);



  //先从编完码的文件中读出密文
  FileReader fileReader = new FileReader("C:\\Users\\DELL\\IdeaProjects\\20172306\\text2.txt");
  BufferedReader bufferedReader1 = new BufferedReader(fileReader);
  String secretline = bufferedReader1.readLine();

  //将读出的密文存在secretText列表中
  List<String> secretText = new ArrayList<String>();
  for (int i = 0; i < secretline.length(); i++) {
      secretText.add(secretline.charAt(i) + "");
  }

  //解密
  String result2 = "";
  String current="";
  while(secretText.size()>0) {
      current = current + "" + secretText.get(0);
      secretText.remove(0);
      for (int p = 0; p < newlist1.size(); p++) {
          if (current.equals(newlist1.get(p))) {
              result2 = result2 + "" + newlist.get(p);
              current="";
          }

      }
  }
  System.out.println("解码后的结果："+result2);
  File file3 = new File("C:\\Users\\DELL\\\\20182306\\text3.txt");
  Writer writer1 = new FileWriter(file3);
  writer1.write(result2);
  writer.close();

}

测试结果

来源：https://www.cnblogs.com/yanhan1/p/11882389.html

标签

哈夫曼编码

叶子结点

string