手记

杂记之哈弗曼树和哈弗曼编码

哈弗曼树也叫最优二叉树

路径:若树中存在一个结点序列k1,k2,…,kj,使得ki是ki+1的双亲,则称该结点序列是从k1到kj的一条路径。
路径长度:等于路径上的结点数减1。
结点的权:在许多应用中,常常将树中的结点赋予一个有意义的数,称为该结点的权。
结点的带权路径长度:是指该结点到树根之间的路径长度与该结点上权的乘积。

在权为w1,w2,…,wn的n个叶子结点的所有二叉树中,带权路径长度WPL最小的二叉树称为赫夫曼树或最优二叉树。

(n表示叶子结点的数目,Wi 和 Li 分别表示叶子结点Ki的权值和树根结点到叶子结点Ki之间的路径长度)

哈弗曼编码:哈夫曼树的应用很广,哈夫曼编码就是其在电讯通信中的应用之一。广泛地用于数据文件压缩的十分有效的编码方法。其压缩率通常在20%~90%之间。在电讯通信业务中,通常用二进制编码来表示字母或其他字符,并用这样的编码来表示字符序列。
注意四个问题:
1、能否使编码总长度更短
(实际应用中各字符的出现频度不相同,用短(长)编码表示频率大(小)的字符,使得编码序列的总长度最小,使所需总空间量最少)
2、数据的最小冗余编码问题
(在上例中,若假设 A, B, C, D 的编码分别为 0,00,1,01,则电文 ‘ABACCDA’ 便为 ‘000011010’(共 9 位),但此编码存在多义性:可译为: ‘BBCCDA’、‘ABACCDA’、‘AAAACCACA’ 等。)
3、译码的惟一性问题
(要求任一字符的编码都不能是另一字符编码的前缀,这种编码称为前缀编码(其实是非前缀码)。 在编码过程要考虑两个问题,数据的最小冗余编码问题,译码的惟一性问题,利用最优二叉树可以很好地解决上述两个问题)
4、用二叉树设计二进制前缀编码
(以电文中的字符作为叶子结点构造二叉树。然后将二叉树中结点引向其左孩子的分支标 ‘0’,引向其右孩子的分支标 ‘1’; 每个字符的编码即为从根到每个叶子的路径上得到的 0, 1 序列。如此得到的即为二进制前缀编码。)

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