Day2--哈夫曼树及其应用

一、哈夫曼树的基本概念

    哈夫曼树称为最优树,是一类带权外路径长度最小的树。

相关概念:

(1)扩充二叉树:只存在度为0或2的二叉树。

(2)树的内路径长度:从根节点到所有非叶子节点的路径之和。

(3)树的外路径长度:从根节点到所有叶子节点的路径之和。

(4)权:给树中所有的节点赋予一定的权值。

(5)树的带权路径长度(WPL):树中所有叶子节点的带权路径长度(根节点到改节点的路径与该点的权值的乘积)之和。

哈夫曼树是带权路径长度最小的树。

二、哈夫曼算法

    给定n个权值,步骤如下:

(1)用给定的权值构建n个左右子树均为空的二叉树。每个权值即为二叉树的根节点。

(2)在(1)中构成的森林中选取权值最小和次小的权值构建新的二叉树,新二叉树的左孩子为最小权值的节点,右孩子为次小权值的节点。新的根节点为两个孩子节点的和。

(3)将(2)中两个节点在(1)中的森林中删除。并将(2)中新生成的二叉树插入到(1)的森林中。

(4)重复执行(2)和(3),直到森林中只剩一颗二叉树时算法结束。这一颗树即为哈夫曼树。

三、哈夫曼编码

背景:

    在数据进行传输时,为了提高传输的效率,通常要堆文件进行压缩操作。早期的哈夫曼编码就是利用哈夫曼树的特性对文件进行压缩。哈夫曼树中的每个节点都对应一个数据元。根节点的左孩子指定为0,有孩子指定为1。因为数据由数据元组成,我们可以将数据分割为数据元,再将数据源用0 1 序列表示。以此实现了哈夫曼编码。

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