数据结构与算法:树赫夫曼树

Posted 2022-07-10 android超级兵

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据结构与算法:树赫夫曼树相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Tips: 采用java语言,关注博主,底部附有完整代码

工具:IDEA

本系列介绍的是数据结构: 树

这是第六篇目前计划一共有12篇:

二叉树入门
顺序二叉树
线索化二叉树
堆排序
赫夫曼树(一)
赫夫曼树(二) 本篇
赫夫曼树(三)
二叉排序树
平衡二叉树
2-3树,2-3-4树,B树 B+树 B*树了解
红黑树(一)
红黑树(二)

敬请期待吧~~

高光时刻

随机字符串生成赫夫曼树完整流程:

回顾

先来回顾一下上一篇,上一篇的重点就是创建一颗赫夫曼树,

赫夫曼树是WPL 最小的树

上一篇是将数组转变成赫夫曼树

流程为:

将数组转变成赫夫曼结点集合
依次取出集合中前两个数据生成一个新的结点,然后删除掉这两个旧的结点
重新排序
重复2,3操作,直到集合中只剩下一个结点

最终赫夫曼集合中最后的这个结点就是他的根节点

完整流程图:

随机字符串生成赫夫曼树

解释一下什么叫随机字符串生成赫夫曼树

假设当前有一串字符串为 :

String str = "统计字符串个数122333";

可以看出,字符串中有重复的数据

例如

那么就将权值设置为字符串中每个字符的个数,

在新添加一个变量来记录当前字母

修改赫夫曼结点

public class HuffmanNode implements Comparable<HuffmanNode> 
    // 权值 【字母个数】
    public int value;

    // 字母
    public Byte by;

    // 左子结点
    public HuffmanNode leftNode;

    // 右子结点
    public HuffmanNode rightNode;


    public HuffmanNode(int value, Byte by) 
        this.value = value;
        this.by = by;
    

    // 前序遍历
    public void show() ...

    @Override
    public int compareTo(HuffmanNode o) 
        return value - o.value;

这里用包装类Byte来记录字母完全是因为Byte能够设置null

统计字符串个数

// 统计字符串个数
public static void count() 
    String str = "统计字符串个数122333";
    HashMap<Character, Integer> map = new HashMap<>();
    for (int i = 0; i < str.length(); i++) 
        char ch = str.charAt(i);
        int temp = 0;
      	
      	// 判断是否包含key
        if (map.containsKey(ch)) 
            // 包含key取出对应的value进行累加
            temp = map.get(ch);
        
        map.put(ch, temp + 1);
    
    System.out.println("字符个数为:" + map);

结果

字符个数为:数=1, 计=1, 1=1, 串=1, 2=2, 3=3, 符=1, 字=1, 个=1, 统=1

这段代码很好理解,也是一道很常见的面试题!

因为这段代码重复的字母不多,体现不出赫夫的优点,现在讲原本字符串替换成

String str = "i like like like java do you like a java";

这段字符串,分别为:

d : 1
v : 1
u : 1
j : 2
v : 2
o : 2
l : 4
k : 4
e : 4
i : 5
a : 5
空格 : 9

左边是字母,右边是字母个数

然后通过昨天的代码来稍微改改就可以:

完整流程:

完整代码

# 赫夫曼树
/**
 * @author: android 超级兵
 * @create: 2022-06-13 09:59
 **/
public class CreateHuffmanTreeClient 
    public static void main(String[] args) 
        System.out.println("创建赫夫曼树");
        String str = "i like like like java do you like a java";
        // [d:1,v:1,u:1,j:2,v:2,o:2,l:4,k:4,e:4,i:6,a:5,' ':9]
//         d:1
//         v:1
//         u:1
//         j:2
//         v:2
//         o:2
//         l:4
//         k:4
//         e:4
//         i:5
//         a:5
//         空格:9
        /// 分别计算个个字母的个数

        HuffmanNode root = createHuffman(str.getBytes());

        System.out.println("前序遍历:");

        root.show();
    
		/// 创建赫夫曼树
    public static HuffmanNode createHuffman(byte[] bytes) 
        // 计算小写字母个数，生成对应赫夫曼结点
        ArrayList<HuffmanNode> list = countLetters(bytes);

        // 创建HuffmanTree
        return createHuffmanTree(list);
    
  
    /*
     * @author: android 超级兵
     * @create: 2022/6/13 10:04
     * TODO 计算字母个数 返回赫夫曼结点集合
     * return 赫夫曼结点集合
     * map: key = 字母 value = 字母个数
     * tips: HashMap 特点: key不会重复
     */
    public static ArrayList<HuffmanNode> countLetters(byte[] bytes) 
        ArrayList<HuffmanNode> list = new ArrayList<>();

        // 用于统计字符串个数
        HashMap<Byte, Integer> map = new HashMap<>();

        // 循环所有bytes
        for (byte b : bytes) 
            int temp = 0;
            // map中是否包含当前循环的b
            if (map.containsKey(b)) 
                // 如果包含，重新赋值temp
                temp = map.get(b);
            
            // 记录byte的个数
            // 这里hashmap不会重复，所以一直累加value
            map.put(b, temp + 1);
        

//        System.out.println("当前记录下标为:" + Arrays.toString(indexInts));

        // 创建赫夫曼结点
        map.forEach((aByte, integer) -> list.add(new HuffmanNode(integer, aByte)));

        return list;
    

    /*
     * @author: android 超级兵
     * @create: 2022/6/13 10:46
     * TODO 创建赫夫曼树
     * return :返回最终rootNode
     */
    public static HuffmanNode createHuffmanTree(ArrayList<HuffmanNode> list) 
        while (list.size() > 1) 
            // 排序
            Collections.sort(list);

//            System.out.println("第" + index + "次变化过程前:" + list);
            // 左子结点
            HuffmanNode left = list.get(0);
            // 右子结点
            HuffmanNode right = list.get(1);

            HuffmanNode parent = new HuffmanNode(left.value + right.value, null);
            parent.leftNode = left;
            parent.rightNode = right;

            // 删除左子结点
            list.remove(0);
            // 删除右子结点
            list.remove(0);

            list.add(parent);
        

        // 返回root结点
        return list.get(0);