20172328--蓝墨云班课实验--哈夫曼树的编码

Posted 2021-01-26 lxy462283007

哈夫曼编码测试

任务详情

• 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

任务分析与分析思路

1. 首先要把字符集从文件中读出来，并保存在一个数组里面。这一步暂时想用IO流来实现。
2. 紧接着是去计算每一个字符出现的频率。初步想用嵌套循环来实现，并把出现的概率存在另一个数组中。
3. 然后通过这两个步骤，构建出一个二维数组，每一个字符对应一个出现的频率。
4. 然后写一个compareTo方法，对该二维数组的第二个元素进行排序，得到从小到大的一个顺序。
5. 用构造哈夫曼树的方法，依次递归，找到最小的两个元素然后相加构成一个子树，直到最终的和为1结束。
6. 通过遍历哈夫曼树，得到每一个元素的编码值，并存进一个新的数组code[]中。
7. 对从文件中读出的数据进行遍历，并与code[]中的字符进行比较，如若相等，则转换为对应的变码。直至遍历结束，哈夫曼编码完成。
8. 对于解码，暂时不知道怎么完成。。。。

真正的解决过程

• 《FIRST》:将文件读出来就让我卡壳了，万事真的开头也难。。。

• 我百度了一下如何读写文件:
  

• 通过学习，我照着编写的读文件的代码：

File file = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\text.txt");
        Reader reader = new FileReader(file);
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);
        String temp = bufferedReader.readLine();

• 同样地，写文件的代码：

 File file2 = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\ciphertext.txt");
        Writer writer = new FileWriter(file2);
        writer.write(result1);
        writer.close();

这样就实现了我预期中的第一步。从把字符集从文件中读出来，并保存在一个数组characters[]里面。

• 《SECOND》：然后进行计算每一个字符出现的频率。首先用嵌套循环来实现，并把出现的概率存在另一个数组中。真正地初次编完代码，好的，全是0。我继续改，知道在嵌套循环中逻辑没有错误，但是全是0.0。
  

• 这就让我有点百思不得其解了，为什么逻辑没有错误，但概率不出现，细细分析一遍，其实是我的除法有问题，在"/"运算中，计算机会自动忽略后面的小数位，所以需要加(float)的操作才化腐朽为神奇。。。（如下图所示）
  

• 算频率的时候我用了ASCII表的位置来比对，我觉得自己的这个方法很巧妙。（可能只是我觉得）
  还有多种方法可以实现频率的计算~~

double frequency[] = new double[27];
        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 + "，");
        }

• 《THIRD》：第三部原本想通过这两个步骤，构建出一个二维数组，每一个字符对应一个出现的频率。但是细细想来，二维数组会浪费大量的空间，索性就回过头去写哈夫曼树的构成，参考了一些博客,写出了大体的代码，在广度优先遍历解决完成后，需要找到所有的叶子节点，才能知道每一个字符对应的编码，所以需要记录一个值，再添加子树的时候将“0”和“1”记录下来，最后最好输出在我的广度优先遍历结果中，添加在结点的属性里。

• 于是我先尝试了一下，用了一个int型的变量加在了huffman树的节点类的属性中，但是出现的结果是：
  

• 我找了找规律，最后发现只有0和1的话，加起来很容易就会出现这种情况，而不会反映我的编码，于是我才明白只能用String型来保存这个变量，字符串的相加才能正常出现编码，这样一来就解决了我的问题。

public class Node implements Comparable<Node> {
    private char data;
    private double weight;
    private Node left;
    private Node right;
    String codenumber;//这个就是保存0&1的变量

    public Node(char data, double weight){
        this.data = data;
        this.weight = weight;
        this.codenumber ="";
    }

• 《Fourth》：得到每个字符对应的编码后，就可以对文件进行编码了。

//对英文文件进行编码，输出一个编码后的文件
        String result1 = "";
        List<Node> temp1 = breadthFirstTraversal(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).getCodenumber();
                }
            }
        }

• 再写入文件：

File file2 = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\ciphertext.txt");
        Writer writer = new FileWriter(file2);
        writer.write(result1);
        writer.close();

• 《Fifth》：对英文文件进行解码，输出一个解码后的文件。在这一部分我没有思路，想了很久还是没什么结果。在这一部分参考了我们班同学20172313余坤澎同学的博客，他的思路很好而且很容易让人理解！根据他的思路，我把遍历出的树保存在一个Node型的列表temp1中，再从temp1中挑出字符和编码分别存放在String型的列表newlist和String型的列表newlist1中，在使用他巧妙的暂时记录点的方法，最后实现了解码。

//对英文文件进行解码，输出一个解码后的文件

        //将所有具有字符的叶子节点重新保存在一个newlist里面
        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).getCodenumber()));
        }
        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("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\ciphertext.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 = "";//最后的解码结果
        String current="";// 临时的保存值
        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("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\text1.txt");
        Writer writer1 = new FileWriter(file3);
        writer1.write(result2);
        writer.close();
    }

最后的结果图

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