huffman编码——原理与实现
哈夫曼算法原理
Wikipedia上面说的非常清楚了,这里我就不再赘述,直接贴过来了。
1952年, David A. Huffman提出了一个不同的算法,这个算法能够为不论什么的可能性提供出一个理想的树。香农-范诺编码(Shanno-Fano)是从树的根节点到叶子节点所进行的的编码,哈夫曼编码算法却是从相反的方向,暨从叶子节点到根节点的方向编码的。
- 为每一个符号建立一个叶子节点,并加上其对应的发生频率
- 当有一个以上的节点存在时,进行下列循环:
- 把这些节点作为带权值的二叉树的根节点,左右子树为空
- 选择两棵根结点权值最小的树作为左右子树构造一棵新的二叉树,且至新的二叉树的根结点的权值为其左右子树上根结点的权值之和。
- 把权值最小的两个根节点移除
- 将新的二叉树添�队列中.
- 最后剩下的节点暨为根节点,此时二叉树已经完毕。
演示样例

Huffman Algorithm

-
符号 A B C D E 计数 15 7 6 6 5 概率 0.38461538 0.17948718 0.15384615 0.15384615 0.12820513
在这样的情况下,D,E的最低频率和分配分别为0和1,分组结合概率的0.28205128。如今最低的一双是B和C,所以他们就分配0和1组合结合概率的0.33333333在一起。这使得BC和DE所以0和1的前面加上他们的代码和它们结合的概率最低。然后离开仅仅是一个和BCDE,当中有前缀分别为0和1,然后结合。这使我们与一个单一的节点,我们的算法是完整的。
可得A代码的代码长度是1比特,其余字符是3比特。
-
字符 A B C D E 代码 0 100 101 110 111

Pseudo-code
1: begin
2: count frequencies of single characters (source units)
3: output(frequencies using Fibonacci Codes of degree 2)
4: sort them to non-decreasing sequence
5: create a leaf node (character, frequency c, left son = NULL, right son = NULL)
6: of the tree for each character and put nodes into queue F
7: while (|F|>=2) do
8: begin
9: pop the first two nodes (u1, u2) with the lowest
10: frequencies from sorted queue
11: create a node evaluated with sum of the chosen units,
12: successors are chosen units (eps, c(u1)+c(u2), u1, u2)
13: insert new node into queue
14: end
15: node evaluate with way from root to leaf node (left son 1, right son 0)
16: create output from coded intput characters
17: end
哈夫曼算法实现
- /************************************************************************/
- /* File Name: Huffman.cpp
- * @Function: Lossless Compression
- @Author: Sophia Zhang
- @Create Time: 2012-9-26 10:40
- @Last Modify: 2012-9-26 11:10
- */
- /************************************************************************/
- #include"iostream"
- #include "queue"
- #include "map"
- #include "string"
- #include "iterator"
- #include "vector"
- #include "algorithm"
- using namespace std;
- #define NChar 8 //suppose use at most 8 bits to describe all symbols
- #define Nsymbols 1<<NChar //can describe 256 symbols totally (include a-z, A-Z)
- typedef vector<bool> Huff_code;//8 bit code of one char
- map<char,Huff_code> Huff_Dic; //huffman coding dictionary
- class HTree
- {
- public :
- HTree* left;
- HTree* right;
- char ch;
- int weight;
- HTree(){left = right = NULL; weight=0;}
- HTree(HTree* l,HTree* r,int w,char c){left = l; right = r; weight=w; ch=c;}
- ~HTree(){delete left; delete right;}
- int Getweight(){return weight?weight:left->weight+right->weight;}
- bool Isleaf(){return !left && !right; }
- bool operator < (const HTree tr) const
- {
- return tr.weight < weight;
- }
- };
- HTree* BuildTree(int *frequency)
- {
- priority_queue<HTree*> QTree;
- //1st level add characters
- for (int i=0;i<Nsymbols;i++)
- {
- if(frequency[i])
- QTree.push(new HTree(NULL,NULL,frequency[i],(char)i));
- }
- //build
- while (QTree.size()>1)
- {
- HTree* lc = QTree.top();
- QTree.pop();
- HTree* rc = QTree.top();
- QTree.pop();
- HTree* parent = new HTree(lc,rc,parent->Getweight(),(char)256);
- QTree.push(parent);
- }
- //return tree root
- return QTree.top();
- }
- void Huffman_Coding(HTree* root, Huff_code& curcode)
- {
- if(root->Isleaf())
- {
- Huff_Dic[root->ch] = curcode;
- return;
- }
- Huff_code& lcode = curcode;
- Huff_code& rcode = curcode;
- lcode.push_back(false);
- rcode.push_back(true);
- Huffman_Coding(root->left,lcode);
- Huffman_Coding(root->right,rcode);
- }
- int main()
- {
- int freq[Nsymbols] = {0};
- char *str = "this is the string need to be compressed";
- //statistic character frequency
- while (*str!='\0')
- freq[*str++]++;
- //build tree
- HTree* r = BuildTree(freq);
- Huff_code nullcode;
- nullcode.clear();
- Huffman_Coding(r,nullcode);
- for(map<char,Huff_code>::iterator it = Huff_Dic.begin(); it != Huff_Dic.end(); it++)
- {
- cout<<(*it).first<<'\t';
- Huff_code vec_code = (*it).second;
- for (vector<bool>::iterator vit = vec_code.begin(); vit!=vec_code.end();vit++)
- {
- cout<<(*vit)<<endl;
- }
- }
- }
那我们将friend bool operator >(Node node1,Node node2)改动为friend bool operator >(Node* node1,Node* node2),也就是传递的是Node的指针行不行呢?
答案是不能够,由于依据c++primer中重载操作符中讲的“程序猿仅仅能为类类型或枚举类型的操作数定义重载操作符,在把操作符声明为类的成员时,至少有一个类或枚举类型的參数依照值或者引用的方式传递”,也就是说friend
bool operator >(Node* node1,Node* node2)形參中都是指针类型的是不能够的。我们仅仅能再建一个类,用当中的重载()操作符作为优先队列的比較函数。
就得到了以下正确的代码:
- /************************************************************************/
- /* File Name: Huffman.cpp
- * @Function: Lossless Compression
- @Author: Sophia Zhang
- @Create Time: 2012-9-26 10:40
- @Last Modify: 2012-9-26 12:10
- */
- /************************************************************************/
- #include"iostream"
- #include "queue"
- #include "map"
- #include "string"
- #include "iterator"
- #include "vector"
- #include "algorithm"
- using namespace std;
- #define NChar 8 //suppose use 8 bits to describe all symbols
- #define Nsymbols 1<<NChar //can describe 256 symbols totally (include a-z, A-Z)
- typedef vector<bool> Huff_code;//8 bit code of one char
- map<char,Huff_code> Huff_Dic; //huffman coding dictionary
- /************************************************************************/
- /* Tree Class elements:
- *2 child trees
- *character and frequency of current node
- */
- /************************************************************************/
- class HTree
- {
- public :
- HTree* left;
- HTree* right;
- char ch;
- int weight;
- HTree(){left = right = NULL; weight=0;ch ='\0';}
- HTree(HTree* l,HTree* r,int w,char c){left = l; right = r; weight=w; ch=c;}
- ~HTree(){delete left; delete right;}
- bool Isleaf(){return !left && !right; }
- };
- /************************************************************************/
- /* prepare for pointer sorting*/
- /*because we cannot use overloading in class HTree directly*/
- /************************************************************************/
- class Compare_tree
- {
- public:
- bool operator () (HTree* t1, HTree* t2)
- {
- return t1->weight> t2->weight;
- }
- };
- /************************************************************************/
- /* use priority queue to build huffman tree*/
- /************************************************************************/
- HTree* BuildTree(int *frequency)
- {
- priority_queue<HTree*,vector<HTree*>,Compare_tree> QTree;
- //1st level add characters
- for (int i=0;i<Nsymbols;i++)
- {
- if(frequency[i])
- QTree.push(new HTree(NULL,NULL,frequency[i],(char)i));
- }
- //build
- while (QTree.size()>1)
- {
- HTree* lc = QTree.top();
- QTree.pop();
- HTree* rc = QTree.top();
- QTree.pop();
- HTree* parent = new HTree(lc,rc,lc->weight+rc->weight,(char)256);
- QTree.push(parent);
- }
- //return tree root
- return QTree.top();
- }
- /************************************************************************/
- /* Give Huffman Coding to the Huffman Tree*/
- /************************************************************************/
- void Huffman_Coding(HTree* root, Huff_code& curcode)
- {
- if(root->Isleaf())
- {
- Huff_Dic[root->ch] = curcode;
- return;
- }
- Huff_code lcode = curcode;
- Huff_code rcode = curcode;
- lcode.push_back(false);
- rcode.push_back(true);
- Huffman_Coding(root->left,lcode);
- Huffman_Coding(root->right,rcode);
- }
- int main()
- {
- int freq[Nsymbols] = {0};
- char *str = "this is the string need to be compressed";
- //statistic character frequency
- while (*str!='\0')
- freq[*str++]++;
- //build tree
- HTree* r = BuildTree(freq);
- Huff_code nullcode;
- nullcode.clear();
- Huffman_Coding(r,nullcode);
- for(map<char,Huff_code>::iterator it = Huff_Dic.begin(); it != Huff_Dic.end(); it++)
- {
- cout<<(*it).first<<'\t';
- std::copy(it->second.begin(),it->second.end(),std::ostream_iterator<bool>(cout));
- cout<<endl;
- }
- }

huffman编码——原理与实现的更多相关文章
- [老文章搬家] 关于 Huffman 编码
按:去年接手一个项目,涉及到一个一个叫做Mxpeg的非主流视频编码格式,编解码器是厂商以源代码形式提供的,但是可能代码写的不算健壮,以至于我们tcp直连设备很正常,但是经过一个UDP数据分发服务器之后 ...
- 哈夫曼(Huffman)编码
哈夫曼编码(Huffman Coding)是一种非常经典的编码方式,属于可变字长编码(VLC)的一种,通过构造带权路径长度最小的最优二叉树以达到数据压缩的目的.哈弗曼编码实现起来也非常简单,在实际的笔 ...
- Huffman编码实现文件的压缩与解压缩。
以前没事的时候写的,c++写的,原理很简单,代码如下: #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <iostream&g ...
- Huffman编码实现压缩解压缩
这是我们的课程中布置的作业.找一些资料将作业完毕,顺便将其写到博客,以后看起来也方便. 原理介绍 什么是Huffman压缩 Huffman( 哈夫曼 ) 算法在上世纪五十年代初提出来了,它是一种无损压 ...
- 基于二叉树和双向链表实现限制长度的最优Huffman编码
该代码採用二叉树结合双向链表实现了限制长度的最优Huffman编码,本文代码中的权重所有採用整数值表示.http://pan.baidu.com/s/1mgHn8lq 算法原理详见:A fast al ...
- Huffman编码实验
一. 实验目的 熟练掌握哈夫曼树的建立和哈夫曼编码的算法实现. 二. 实验内容 根据哈夫曼编码的原理,编写一个程序,在用户输入结点权值的基础上求赫夫曼编码,并能把给定的编码进行译码. 三. 实验要求 ...
- Huffman编码
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include <iostream> #include <cstdio> #include <cstri ...
- 【数据压缩】Huffman编码
1. 压缩编码概述 数据压缩在日常生活极为常见,平常所用到jpg.mp3均采用数据压缩(采用Huffman编码)以减少占用空间.编码\(C\)是指从字符空间\(A\)到码字表\(X\)的映射.数据压缩 ...
- 优先队列求解Huffman编码 c++
优先队列小析 优先队列的模板: template <class T, class Container = vector<T>,class Compare = less< ...
随机推荐
- iOS开发UI篇——九宫格坐标计算
一.要求 完成下面的布局 二.分析 寻找左边的规律,每一个uiview的x坐标和y坐标. 三.实现思路 (1)明确每一块用得是什么view (2)明确每个view之间的父子关系,每个视图都只有一个父视 ...
- 最全ASCLL码
结果 描述 实体编号 space ! exclamation mark ! " quotation mark " # number sign # $ dollar sign $ ...
- C# trace debug TraceListener调试信息详解
在C#编程中,可能要碰到把调试信息输出的问题,我们可以自己把信息显示在某个控件上,但是MS自己提供了一套机制帮助我们输出一些调试信息,这些信息有助于我们判断程序的走向,不用自己再去额外写调试代码了. ...
- Qt中绘图坐标QPainter,Viewport与Window的关系
在Qt中常常要自己重载一些paintEvent函数,这个时候往往忽略了两个很关键的API,那就是setViewport和setWindow. Viewport,顾名思义,反应的是物理坐标,就是你实际想 ...
- jquery 文本框聚焦文字删除
做作业需要,自己写了一个,写的很烂. $(function() { $("#search_input").addClass("before_focus");/* ...
- text-overflow:ellipsis 的应用(转载)
关键字: text-overflow:ellipsis 语法:text-overflow : clip | ellipsis 取值: clip :默认值 .不显示省略标记(...),而是简单的裁切. ...
- 实验二:基于mykernel实现的时间片轮转调度
原创作品转载请注明出处<Linux内核分析>MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 如果我写的不好或者有误的地方请留言 ...
- The executable was signed with invalid entitlements.
如图,出现这个的原因是 配置文件(provisioning profile)和 app 授权文件中的 entitlements(授权) 不匹配 具体应该从 配置文件 和证书的对应 问 ...
- PostBack与IsPostBack区别
这涉及到aspx的页面回传机制的基础知识 postback是回传 即页面在首次加载后向服务器提交数据,然后服务器把处理好的数据传递到客户端并显示出来,就叫postback, ispostback只是一 ...
- ubuntu下MySQL安装配置及基本操作
在linux下安装方法: 分为四种:一: 直接用软件仓库自动安装(如:ubuntu下,sudo apt-get install mysql-server; Debain下用yum安装): 二:官网下载 ...