数据结构哈夫曼树和代码

数据结构哈夫曼树和哈夫曼编码权值一、引言在计算机领域，数据结构是非常重要的一部分，而哈夫曼树和哈夫曼编码是数据结构中非常经典的部分之一。

本文将对哈夫曼树和哈夫曼编码的权值进行全面评估，并探讨其深度和广度。

通过逐步分析和讨论，以期让读者更深入地理解哈夫曼树和哈夫曼编码的权值。

二、哈夫曼树和哈夫曼编码的基本概念1. 哈夫曼树哈夫曼树，又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。

它的概念来源于一种数据压缩算法，可以有效地减少数据的存储空间和传输时间。

哈夫曼树的构建过程是基于给定的权值序列，通过反复选择两个最小权值的节点构建出来。

在构建过程中，需要不断地重排权值序列，直到构建出一个满足条件的哈夫曼树。

2. 哈夫曼编码哈夫曼编码是一种变长编码方式，它利用了哈夫曼树的特点，对不同的字符赋予不同长度的编码。

通过构建哈夫曼树，可以得到一套满足最优存储空间的编码规则。

在实际应用中，哈夫曼编码经常用于数据压缩和加密传输，能够有效地提高数据的传输效率和安全性。

三、哈夫曼树和哈夫曼编码的权值评估1. 深度评估哈夫曼树和哈夫曼编码的权值深度值得我们深入探究。

从构建哈夫曼树的角度来看，权值决定了节点在树中的位置和层次。

权值越大的节点往往位于树的底层，而权值较小的节点则位于树的高层。

这种特性使得哈夫曼树在数据搜索和遍历过程中能够更快地找到目标节点，提高了数据的处理效率。

而从哈夫曼编码的角度来看，权值的大小直接决定了编码的长度。

权值越大的字符被赋予的编码越短，可以有效地减少数据传输的长度，提高了数据的压缩率。

2. 广度评估另哈夫曼树和哈夫曼编码的权值也需要进行广度评估。

在构建哈夫曼树的过程中，权值的大小直接影响了树的结构和形状。

当权值序列较为分散时，哈夫曼树的结构会更加平衡，节点的深度差异较小。

然而，当权值序列的差异较大时，哈夫曼树的结构也会更不平衡，而且可能出现退化现象。

这会导致数据的处理效率降低，需要进行额外的平衡调整。

课程设计（数据结构）哈夫曼树和哈夫曼编码二○○九年六月二十六日课程设计任务书及成绩评定课题名称表达式求值哈夫曼树和哈夫曼编码Ⅰ、题目的目的和要求：巩固和加深对数据结构的理解，通过上机实验、调试程序，加深对课本知识的理解，最终使学生能够熟练应用数据结构的知识写程序。

（1）通过本课程的学习，能熟练掌握几种基本数据结构的基本操作。

（2）能针对给定题目，选择相应的数据结构，分析并设计算法，进而给出问题的正确求解过程并编写代码实现。

Ⅱ、设计进度及完成情况Ⅲ、主要参考文献及资料[1] 严蔚敏数据结构（C语言版）清华大学出版社 1999[2] 严蔚敏数据结构题集（C语言版）清华大学出版社 1999[3] 谭浩强 C语言程序设计清华大学出版社[4] 与所用编程环境相配套的C语言或C++相关的资料Ⅳ、成绩评定：设计成绩：（教师填写）指导老师：（签字）二○○九年六月二十六日目录第一章概述 (1)第二章系统分析 (2)第三章概要设计 (3)第四章详细设计及实现代码 (8)第五章调试过程中的问题及系统测试情况 (12)第六章结束语 (13)参考文献 (13)第一章概述课程设计是实践性教学中的一个重要环节，它以某一课程为基础，可以涉及和课程相关的各个方面，是一门独立于课程之外的特殊课程。

课程设计是让同学们对所学的课程更全面的学习和应用，理解和掌握课程的相关知识。

《数据结构》是一门重要的专业基础课，是计算机理论和应用的核心基础课程。

数据结构课程设计，要求学生在数据结构的逻辑特性和物理表示、数据结构的选择和应用、算法的设计及其实现等方面，加深对课程基本内容的理解。

同时，在程序设计方法以及上机操作等基本技能和科学作风方面受到比较系统和严格的训练。

在这次的课程设计中我选择的题目是表达式求值和哈夫曼树及哈夫曼编码。

这里我们介绍一种简单直观、广为使用的算法，通常称为“算符优先法”。

哈夫曼树又称最优树，是一类带权路径长度最短的树，有着广泛的应用。

(一) 哈夫曼树的设计思想对于一组具有确定权值的叶子结点可以构造出多个具有不同带权路径长度的二叉树，其中具有最小带权路径长度的二叉树称作哈夫曼树或者最优二叉树。

首先给定n 个权值创造n 个只含根结点的二叉树，得到一个二叉树林；再在这二叉树林里面找根结点的权值最小和次小的两棵树作成新的二叉树，其中新的二叉树的根结点的权值为摆布子根结点权值之和；最后在二叉树林中把组合过的二叉树删除，再重复第二步，直到最后就剩一颗二叉树的时候得到的这棵二叉树就是哈夫曼树。

(二)哈夫曼编码与解码的设计思想在数据通讯中，时常要将传送的文字转换为二进制字符0 和1 组成的二进制串，称这个过程为编码。

与子相对的是解码或者是译码，就是用与编码相同的方式将二进制串转换称编码前的文字的过程称作解码。

在这里是通过哈夫曼树实现编码与解码的，所以称作是哈夫曼编码与解码。

首先输入一个字符串，还有相应的在哈夫曼树里的权值，这样用哈夫曼树把字符串用二进制串代替它，这个过程要注意树和编码问题，其中树的问题在上面已经解决，主要看编码的问题，就是根据我们输入的字符串和权值建立相应的树模型，这一步完成那编码就已经完成为了，最后打印就行了；然后就是解码，完成编码相应的解码就相对简单了，就是先找到在编码的时候建的那个模型树，将编码中的二进制串再根据权值转换为相应的字符串，这样一步步解码就行了。

以上就是通过用哈夫曼树进行哈夫曼编码与解码如何实现的主要设计思想。

(一)哈夫曼树的流程图不 是图 1 哈夫曼树的流程图(二)编码与解码的流程图图 2 编码与解码的流程图图片说明： (左边)编码流程图， (右边)解码流程图。

开始输入字符串判断权值 建立路径有最小和次小 循环建立二叉树根据树对路径分左 0右 1写出对应结点的编码结束开始初始化哈夫曼链表二叉树林找最小和次小 的二叉树组合成新的二叉树 删除用过的二叉树是不是最后一 个二叉树是结束开始找到树的根结点 输入二进制串扫描根据树的路径打印对应字符继续扫描 是否结束是输出字符串结束否下面给出的是用中缀转后缀算法实现的程序的源代码：#include "stdio.h"#include "string.h"#define MAX 100struct HaffNode{int weight;int parent;char ch;int lchild;int rchild;}*myHaffTree;struct Coding{char bit[MAX];char ch;int weight;}*myHaffCode;void Haffman(int n){int i,j,x1,x2,s1,s2;for (i=n+1;i<=2*n-1;i++) {s1=s2=10000;x1=x2=0;for (j=1;j<=i-1;j++)/*定义常量*//*权值*//*双亲结点下标*//*构造哈夫曼树*//*定义数组*//*字符的权值*//*定义结构体*//*定义哈夫曼函数*//*树的初始化*//*构造哈夫曼树的非叶子结点*/{if(myHaffTree[j].parent==0&&myHaffTree[j].weight<s1){s2=s1;x2=x1;s1=myHaffTree[j].weight;x1=j;/*分配摆布结点*/}else if(myHaffTree[j].parent==0&&myHaffTree[j].weight<s2){s2=myHaffTree[j].weight;x2=j;}}myHaffTree[x1].parent=i;myHaffTree[x2].parent=i;myHaffTree[i].weight=s1+s2;myHaffTree[i].lchild=x1;myHaffTree[i].rchild=x2;/*摆布子组合为新树*/}}void HaffmanCode(int n){int start,c,f,i,j,k;char *cd;/*构造n 个结点哈夫曼编码*/cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));myHaffCode=(struct Coding *)malloc((n+1)*sizeof(struct Coding));cd[n-1]='\0';for(i=1;i<=n;++i) /*n 个叶子结点的哈夫曼编码*/ {start=n-1;for(c=i,f=myHaffTree[i].parent;f!=0;c=f,f=myHaffTree[f].parent)if(myHaffTree[f].lchild==c) cd[--start]='0';else cd[--start]='1';for(j=start,k=0;j<n;j++){myHaffCode[i].bit[k]=cd[j];k++;}myHaffCode[i].ch=myHaffTree[i].ch; myHaffCode[i].weight=myHaffTree[i].weight; }free(cd);}Init(){int i,n,m;printf("please input the number of words:"); scanf("%d",&n); /*取编码对应的权值*//*定义有返回值的函数*/m=2*n-1;myHaffTree=(struct HaffNode *)malloc(sizeof(struct HaffNode)*(m+1)); for(i=1;i<=n;i++){printf("please input the word and the equal:");scanf("%s%d",&myHaffTree[i].ch,&myHaffTree[i].weight); myHaffTree[i].parent=0;myHaffTree[i].lchild=0;myHaffTree[i].rchild=0;}for(i=n+1;i<=m;i++){myHaffTree[i].ch ='#';myHaffTree[i].lchild=0;myHaffTree[i].parent=0;myHaffTree[i].rchild=0;myHaffTree[i].weight=0;}Haffman(n);HaffmanCode(n);for(i=1;i<=n;i++){printf("%c %d",myHaffCode[i].ch,myHaffCode[i].weight); printf("\n");}printf("init success!\n");return n;}void Caozuo_C(int m){int n,i,j;char string[50],*p;printf("please input the words ："); scanf("%s",string);n=strlen(string);for(i=1,p=string;i<=n;i++,p++){for(j=1;j<=m;j++)if(myHaffCode[j].ch==*p)printf("%s\n",myHaffCode[j].bit); }}void Caozuo_D(int n){int i,c;char code[1000],*p;printf("please input the coding："); scanf("%s",code);for(p=code,c=2*n-1;*p!='\0';p++) {if(*p=='0'){c=myHaffTree[c].lchild;if(myHaffTree[c].lchild==0){printf("%c",myHaffTree[c].ch);c=2*n-1;continue;/* 编码函数*//*计算字符串长度*/ /*进行编码*//*解码函数*//*输入二进制编码*//*进行解码*//*结束条件*//*赋值*//* 扫描*//*结束*/}}else if(*p=='1'){c=myHaffTree[c].rchild;if(myHaffTree[c].lchild==0){printf("%c",myHaffTree[c].ch);c=2*n-1; /*赋值*/continue;}}}printf("\n");}void main(){int n;char char1;n=Init();printf("A.coding B.codeprintingwhile(1){scanf("%c",&char1);if(char1=='c')break;switch(char1){case'A':Caozuo_C(n);break;case'B':Caozuo_D(n);break;case'C':;break;}}}/*主函数*//*定义字符*//*函数的调用*/C.exit\nplease input the process:\n");/*判断字符*//*执行编码操作*//*执行解码操作*/哈夫曼编码与解码的实现(一)中缀转后缀算法的运行结果：这部份我主要遇到了如下三个问题，其内容与解决方法如下所列：问题1:刚开始不知道如何建一个好树，因为我开始试着建了几个二叉树，不知道什么原因运行的时候那编码总是不对，跟在草稿纸上自己画的那个二叉树总是不相符，就找原因。

数据结构哈夫曼编码实验报告数据结构哈夫曼编码实验报告1. 实验目的本实验旨在通过实践理解哈夫曼编码的原理和实现方法，加深对数据结构中树的理解，并掌握使用Python编写哈夫曼编码的能力。

2. 实验原理哈夫曼编码是一种用于无损数据压缩的算法，通过根据字符出现的频率构建一棵哈夫曼树，并根据哈夫曼树对应的编码。

根据哈夫曼树的特性，频率较低的字符具有较长的编码，而频率较高的字符具有较短的编码，从而实现了对数据的有效压缩。

实现哈夫曼编码的主要步骤如下：1. 统计输入文本中每个字符的频率。

2. 根据字符频率构建哈夫曼树，其中树的叶子节点代表字符，内部节点代表字符频率的累加。

3. 遍历哈夫曼树，根据左右子树的关系对应的哈夫曼编码。

4. 使用的哈夫曼编码对输入文本进行编码。

5. 将编码后的二进制数据保存到文件，同时保存用于解码的哈夫曼树结构。

6. 对编码后的文件进行解码，还原原始文本。

3. 实验过程3.1 统计字符频率首先，我们需要统计输入文本中每个字符出现的频率。

可以使用Python中的字典数据结构来记录字符频率。

遍历输入文本的每个字符，将字符添加到字典中，并递增相应字符频率的计数。

```pythondef count_frequency(text):frequency = {}for char in text:if char in frequency:frequency[char] += 1else:frequency[char] = 1return frequency```3.2 构建哈夫曼树根据字符频率构建哈夫曼树是哈夫曼编码的核心步骤。

我们可以使用最小堆（优先队列）来高效地构建哈夫曼树。

首先，将每个字符频率作为节点存储到最小堆中。

然后，从最小堆中取出频率最小的两个节点，将它们作为子树构建成一个新的节点，新节点的频率等于两个子节点频率的和。

将新节点重新插入最小堆，并重复该过程，直到最小堆中只剩下一个节点，即哈夫曼树的根节点。

目录目录 (1)1 课程设计的目的和意义 (3)2 需求分析 (5)3 系统设计 (6)（1)设计思路及方案 (6)（2)模块的设计及介绍 (6)(3)主要模块程序流程图 (9)4 系统实现 (14)（1）主调函数 (14)(2)建立HuffmanTree (14)(3）生成Huffman编码并写入文件 (18)（4)电文译码 (19)5 系统调试 (22)小结 (25)参考文献 (26)附录源程序 (27)1 课程设计的目的和意义在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术来节省数据文件的存储空间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视。

哈夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩技术。

哈夫曼编码的应用很广泛，利用哈夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为哈夫曼编码。

树中从根到每个叶子都有一条路径，对路径上的各分支约定：指向左子树的分支表示“0"码，指向右子树的分支表示“1”码，取每条路径上的“0”或“1"的序列作为和各个对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。

通常我们把数据压缩的过程称为编码，解压缩的过程称为解码。

电报通信是传递文字的二进制码形式的字符串。

但在信息传递时,总希望总长度尽可能最短，即采用最短码。

作为软件工程专业的学生，我们应该很好的掌握这门技术。

在课堂上，我们能过学到许多的理论知识，但我们很少有过自己动手实践的机会！课程设计就是为解决这个问题提供了一个平台。

在课程设计过程中,我们每个人选择一个课题，认真研究，根据课堂讲授内容，借助书本，自己动手实践。

这样不但有助于我们消化课堂所讲解的内容，还可以增强我们的独立思考能力和动手能力；通过编写实验代码和调试运行，我们可以逐步积累调试C程序的经验并逐渐培养我们的编程能力、用计算机解决实际问题的能力。

在课程设计过程中,我们不但有自己的独立思考，还借助各种参考文献来帮助我们完成系统。

更为重要的是，我们同学之间加强了交流，在对问题的认识方面可以交换不同的意见.同时,师生之间的互动也随之改善，我们可以通过具体的实例来从老师那学到更多的实用的知识。

哈夫曼树是一种特殊的树形结构，主要用于数据压缩和编码等领域。

它通过构建最优二叉树，使得树中每个节点的两个子树权值之和最小，从而在编码过程中达到数据压缩的效果。

下面是一个使用Python实现哈夫曼树的例题：```pythonclass Node:def __init__(self, frequency):self.frequency = frequencyself.left = Noneself.right = Nonedef calculate_frequency(file_data):frequency_map = {}for char in file_data:if char not in frequency_map:frequency_map[char] = 0frequency_map[char] += 1return frequency_mapdef huffman_tree(frequency_map):queue = [Node(frequency) for frequency in frequency_map.values()]while len(queue) > 1:node1 = queue.pop(0)node2 = queue.pop(0)merged = Node(node1.frequency + node2.frequency)merged.left = node1merged.right = node2queue.append(merged)return queue[0] # 返回根节点def encode(huffman_tree, file_data):result = ""for char in file_data:node = huffman_tree.find(char) # 查找对应节点result += chr(int(node.weight) + ord(' ')) # 将权值转化为字符，添加到结果中return resultdef decode(huffman_tree):return huffman_tree.left # 直接使用左子树解码，可以得到原数据```解题思路：1. 首先需要统计文件的字符频率，构造一个字符到频率的映射，也就是构建哈夫曼树的节点。

数据结构哈夫曼树编码一、引言二、哈夫曼树的定义1. 节点的概念2. 哈夫曼树的定义三、哈夫曼编码的概念1. 编码方式2. 码长和平均码长四、哈夫曼编码的实现方法1. 构建哈夫曼树a. 构建思路及步骤b. 构建示例图解2. 编码过程a. 编码步骤及示例图解b. 编码实现代码示例3. 解码过程a. 解码步骤及示例图解b. 解码实现代码示例五、哈夫曼编码的优缺点1. 优点2. 缺点六、应用实例七、总结一、引言：随着信息技术的飞速发展，数据处理已经成为当今社会中一个不可或缺的部分。

在数据处理中，如何高效地压缩数据是一个非常重要的问题。

而哈夫曼树编码作为一种高效的压缩算法，在数据传输和存储方面有着广泛应用。

二、哈夫曼树的定义：1. 节点的概念：哈夫曼树是一种二叉树，由根节点、左子树和右子树组成。

每个节点可以有零个或两个子节点。

叶子节点是指没有子节点的节点，而非叶子节点则至少有一个子节点。

2. 哈夫曼树的定义：哈夫曼树是一种特殊的二叉树，它的所有叶子节点都带有权值。

对于任意一个哈夫曼树，将其所有叶子节点按照权值从小到大排列，则可得到一组序列W={w1,w2,...,wn}。

哈夫曼树的构建过程就是将这组序列转化为一棵二叉树。

三、哈夫曼编码的概念：1. 编码方式：哈夫曼编码是一种前缀编码方式，即每个字符的编码都不是其他字符编码的前缀。

2. 码长和平均码长：对于一个字符c，其在哈夫曼编码中所占用的位数称为其码长Lc。

而整个字符串的平均码长Lavg则是所有字符在哈夫曼编码中所占用位数之和除以字符串长度n。

四、哈夫曼编码的实现方法：1. 构建哈夫曼树a. 构建思路及步骤：（1）将所有字符按照权值从小到大排序，构成初始节点集合。

（2）从节点集合中选出两个权值最小的节点作为左右子节点，构建一棵新的二叉树，并将该二叉树的根节点插入到节点集合中。

（3）重复步骤2，直到只剩下一个节点为止。

b. 构建示例图解：2. 编码过程a. 编码步骤及示例图解：（1）遍历哈夫曼树，对于每个叶子节点记录其路径上所有非叶子节点的左右分支信息，用0表示左分支，用1表示右分支。

数据结构哈夫曼树的代码数据结构哈夫曼树的代码实现：1·简介哈夫曼树（Huffman Tree），又称为最优二叉树，是一种用于数据压缩的树形结构。

它利用出现频率较高的字符采用较短的编码，而出现频率较低的字符采用较长的编码，从而实现数据的压缩和解压缩。

本文将详细介绍哈夫曼树的构建和编码解码的过程。

2·哈夫曼树的构建2·1 核心思想哈夫曼树的构建核心思想是根据字符的出现频率构建一棵树，使得频率高的字符离树根近，频率低的字符离树根远。

构建哈夫曼树的步骤如下：●创建一个包含所有字符的叶子结点集合。

●从集合中选择两个频率最低的结点（注意：频率越低，优先级越高），构建一个新的二叉树，根节点的频率等于这两个结点的频率之和。

●将新构建的二叉树的根节点加入集合中。

●重复上述操作，直到集合中只剩一个根结点，即构建完成。

2·2 代码实现下面是一个示例的哈夫曼树构建的代码：```pythonclass Node:def __init__(self, freq, char=None):self·freq = freqself·char = charself·left = Noneself·right = Nonedef build_huffman_tree(char_freq):leaves = [Node(freq, char) for char, freq in char_freq·items()]while len(leaves) > 1:leaves·sort(key=lambda x: x·freq)left = leaves·pop(0)right = leaves·pop(0)parent = Node(left·freq + right·freq)parent·left = leftparent·right = rightleaves·append(parent)return leaves[0]```3·哈夫曼树的编码3·1 核心思想哈夫曼树的编码过程是根据构建好的哈夫曼树，对每个字符进行编码。

数据结构——哈夫曼（Huffman）树+哈夫曼编码前天acm实验课，⽼师教了⼏种排序，抓的⼀套题上有⼀个哈夫曼树的题，正好之前离散数学也讲过哈夫曼树，这⾥我就结合课本，整理⼀篇关于哈夫曼树的博客。

哈夫曼树的介绍Huffman Tree，中⽂名是哈夫曼树或霍夫曼树，它是最优⼆叉树。

定义：给定n个权值作为n个叶⼦结点，构造⼀棵⼆叉树，若树的带权路径长度达到最⼩，则这棵树被称为哈夫曼树。

这个定义⾥⾯涉及到了⼏个陌⽣的概念，下⾯就是⼀颗哈夫曼树，我们来看图解答。

(01) 路径和路径长度定义：在⼀棵树中，从⼀个结点往下可以达到的孩⼦或孙⼦结点之间的通路，称为路径。

通路中分⽀的数⽬称为路径长度。

若规定根结点的层数为1，则从根结点到第L层结点的路径长度为L-1。

例⼦：100和80的路径长度是1，50和30的路径长度是2，20和10的路径长度是3。

(02) 结点的权及带权路径长度定义：若将树中结点赋给⼀个有着某种含义的数值，则这个数值称为该结点的权。

结点的带权路径长度为：从根结点到该结点之间的路径长度与该结点的权的乘积。

例⼦：节点20的路径长度是3，它的带权路径长度= 路径长度 * 权 = 3 * 20 = 60。

(03) 树的带权路径长度定义：树的带权路径长度规定为所有叶⼦结点的带权路径长度之和，记为WPL。

例⼦：⽰例中，树的WPL= 1*100 + 2*50 +3*20 + 3*10 = 100 + 100 + 60 + 30 = 290。

⽐较下⾯两棵树上⾯的两棵树都是以{10, 20, 50, 100}为叶⼦节点的树。

左边的树WPL=2*10 + 2*20 + 2*50 + 2*100 = 360 右边的树WPL=350左边的树WPL > 右边的树的WPL。

你也可以计算除上⾯两种⽰例之外的情况，但实际上右边的树就是{10,20,50,100}对应的哈夫曼树。

⾄此，应该堆哈夫曼树的概念有了⼀定的了解了，下⾯看看如何去构造⼀棵哈夫曼树。

数据结构哈夫曼编码
哈夫曼编码是一种用于数据压缩的算法，它基于哈夫曼树（HuffmanTree）进行编码。

哈夫曼编码的基本思想是：对于出现频率高的字符，其编码长度较短；而对于出现频率低的字符，其编码长度较长。

这样，通过调整字符的编码长度，可以有效地压缩数据。

哈夫曼编码的具体步骤如下：
1.统计原始数据中每个字符的出现频率。

2.构建哈夫曼树。

在构建过程中，每次将两个权值最小的节点合并，并将它们的权值相加。

同时，将新生成的节点的权值作为新字符的出现频率。

3.根据哈夫曼树生成哈夫曼编码。

对于哈夫曼树中的每个字符，从根节点到该字符所在节点的路径可以形成一个二进制编码。

通常约定左分支标记为0，右分支标记为1。

这样，从根节点到每个叶节点的路径就可以形成一个二进制编码，该编码即为对应字符的哈夫曼编码。

4.使用哈夫曼编码对原始数据进行压缩。

对于原始数据中的每个字符，根据其哈夫曼编码进行编码，最终得到压缩后的数据。

需要注意的是，哈夫曼编码是一种无损压缩算法，即压缩和解压过程中可以完全还原原始数据。

同时，由于哈夫曼编码是基于字符出现频率进行编码的，因此对于出现频率高的字符，其编码长度较短；而对于出现频率低的字符，其编码长度较长。

这样可以有效地减少数据的存储空间，提高数据压缩率。

PTA数据结构哈夫曼树与哈夫曼编码⽂章⽬录题⽬描述题⽬背景:介绍什么是哈夫曼树和哈夫曼编码, 不影响做题哈夫曼树(Huffman Tree)⼜称最优⼆叉树，是⼀种带权路径长度最短的⼆叉树。

所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度（若根结点为0层，叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数）。

树的路径长度是从树在数据通信中，需要将传送的⽂字转换成⼆进制的字符串，⽤0，1码的不同排列来表⽰字符。

例如，需传送的报⽂为“AFTER DATA EAR ARE ART AREA”，这⾥⽤到的字符集为“A，E，R，T，F，D”，各字母出现的次数为{8，4，5，3，1，1}。

现要为使不等长编码为前缀编码(即要求⼀个字符的编码不能是另⼀个字符编码的前缀)，可⽤字符集中的每个字符作为叶⼦结点⽣成⼀棵编码⼆叉树，为了获得传送报⽂的最短长度，可将每个字符的出现频率作为字符结点的权值赋予该结点上，显然字使⽤本题要求从键盘输⼊若⼲电⽂所⽤符号及其出现的频率，然后构造哈夫曼树，从⽽输出哈夫曼编码。

注意：为了保证得到唯⼀的哈夫曼树，本题规定在构造哈夫曼树时，左孩⼦结点权值不⼤于右孩⼦结点权值。

如权值相等，则先选优先级队列中先出队的节点。

编码时，左分⽀取“0”，右分⽀取“1”。

输⼊格式输⼊有3⾏第1⾏：符号个数n（2～20）第2⾏：⼀个不含空格的字符串。

记录着本题的符号表。

我们约定符号都是单个的⼩写英⽂字母，且从字符‘a’开始顺序出现。

也就是说，如果 n 为 2 ，则符号表为 ab；如果 n 为 6，则符号为 abcdef；以此类推。

第3⾏：各符号出现频率（⽤乘以100后的整数），⽤空格分隔。

输出格式先输出构造的哈夫曼树带权路径长度。

接下来输出n⾏，每⾏是⼀个字符和该字符对应的哈夫曼编码。

字符按字典顺序输出。

字符和哈夫曼编码之间以冒号分隔。

样例输⼊:8abcdefgh5 29 7 8 14 23 3 11输出:271a:0001b:10c:1110d:1111e:110f:01g:0000h:001⼀点说明关于题⽬描述中的"如权值相等，则先选优先级队列中先出队的节点"可以参考上图, 权值为7的节点选择了权值为8的叶⼦节点, ⽽不是权值为8的⼦树感觉题⽬想表达的意思是, 若权值相等，则先选优先级队列中先⼊队的节点(如有错误, 望指正)想法利⽤优先队列维护⼩根堆(因为建树时,要选两个权值最⼩的),利⽤哈夫曼算法建树,再根据所建哈夫曼树,利⽤深搜回溯,得到各个字符的哈夫曼编码和树的带权路径长度实现#include <cstdio>#include <iostream>#include <string>#include <queue>#include <vector>using namespace std;struct node{int weight;char ch = 'z' + 1; // 这样在优先队列⾃定义排序时, 可以做到权值相等,则先选优先级队列中先出队的节点node *lchild, *rchild;};// ⾃定义优先队列的排序⽅式, 权值⼩优先, 权值相等,则先选优先级队列中先出队的节点struct cmp{bool operator() (node* a, node* b){if(a->weight == b->weight)return a->ch > b->ch;return a->weight > b->weight;}};int n, WPL; // n:结点数 WPL:树的带权路径长度(⾮叶⼦节点的权值和)string str;priority_queue<node, vector<node*>, cmp> q; //vector<char> ans[100]; // 存放哈夫曼编码vector<char> code; // ⽤于深搜得到哈夫曼编码node* createTree() // 建⽴哈夫曼树{node* r;while(!q.empty()){if(q.size() == 1){node* a = q.top();q.pop();r = a;break;}else{node* a = q.top();q.pop();node* b = q.top();q.pop();node* c = new node();c->weight = a->weight + b->weight;c->lchild = a;c->rchild = b;r = c;q.push(c);}}return r;}void print() // 输出前缀编码{cout << WPL << endl;for(int i=0; i<n; i++){cout << str[i] << ":";int index = str[i] - 'a';for(int j=0; j<ans[index].size(); j++)cout << ans[index][j];cout << endl;}}void dfs(node* root) // 深搜回溯得到哈夫曼编码和树的带权路径长度{if(root->lchild != NULL || root->rchild != NULL)WPL += root->weight; // WPL即⾮叶⼦节点的权值之和if(root->lchild == NULL && root->rchild == NULL){char ch = root->ch;ans[ch-'a'] = code; // 根据叶⼦节点的字符, 判断是谁的哈夫曼编码return;}if(root->lchild != NULL){code.push_back('0');dfs(root->lchild);code.pop_back(); // 回溯}if(root->rchild != NULL){code.push_back('1');dfs(root->rchild);code.pop_back(); // 回溯}return;}int main(){cin >> n;cin >> str;for(int i=0; i<n; i++) // 读⼊各节点的权值, 利⽤优先队列维护⼩根堆, 便于建树{node* temp = new node(); // 不要忘记给指针分配空间cin >> temp->weight;temp->ch = str[i];temp->lchild = temp->rchild = NULL;q.push(temp);}node* root = createTree(); // 建⽴哈夫曼树dfs(root); // 回溯得到哈夫曼编码及WPLprint();return 0;}。

数据结构哈夫曼编码译码c语言哈夫曼编码是一种经典的数据压缩算法。

这种算法可以根据数据中出现频率最高的字符生成一个种类较少的编码表，然后用这个编码表来对数据进行编码，从而达到压缩数据的效果。

哈夫曼编码的核心是生成编码表，生成编码表的过程包括以下几个步骤：1. 统计字符出现频率。

遍历一遍数据，统计每个字符出现的次数。

2. 创建哈夫曼树。

将每个字符出现的次数作为权值，构造一棵哈夫曼树。

构造哈夫曼树需要用到一种优先队列。

3. 生成编码表。

对哈夫曼树进行遍历，当遇到一个叶子节点时，将它的路径上的所有节点转换成一个编码，这个编码就是该节点代表的字符的哈夫曼编码。

4. 对数据进行编码。

按照编码表，将原始数据中的每个字符都替换成对应的哈夫曼编码，得到压缩数据。

哈夫曼编码的解码操作相对简单，只需要根据编码表将每个哈夫曼编码转换成它代表的字符，再将这些字符拼接起来就可以得到原始数据。

以下是C语言实现哈夫曼编码和译码的例子：```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#define MAX_NODE 100typedef struct node {char data;int freq;int parent, lchild, rchild;} Node;int nodes_num;Node* nodes;void build_huffman_tree() {int i, j, min1, min2;for (i = 0; i < nodes_num - 1; i++) {min1 = min2 = -1;for (j = 0; j < nodes_num + i; j++) {if (nodes[j].parent == -1) {if (min1 == -1 || nodes[j].freq < nodes[min1].freq) {min2 = min1;min1 = j;} else if (min2 == -1 || nodes[j].freq < nodes[min2].freq) { min2 = j;}}}nodes[min1].parent = nodes_num + i;nodes[min2].parent = nodes_num + i;nodes[nodes_num + i].lchild = min1;nodes[nodes_num + i].rchild = min2;nodes[nodes_num + i].freq = nodes[min1].freq + nodes[min2].freq;}}nodes_num = 0;nodes = (Node*)malloc(MAX_NODE * sizeof(Node));for (i = 0; i < MAX_NODE; i++) {nodes[i].freq = nodes[i].parent = -1;nodes[i].lchild = nodes[i].rchild = -1;}build_huffman_tree();codes_num = 0;codes = (Code*)malloc(nodes_num * sizeof(Code));printf("src: %s\n", src);return 0;}```上述代码中，我们使用结构体来表示哈夫曼树的节点，其中包括该节点的权值（即字符出现的次数）、父节点、左右孩子节点等信息。

数据结构实验报告：哈夫曼树及哈夫曼编码一、实验目的1. 理解哈夫曼树及哈夫曼编码的概念和原理；2. 掌握C语言中哈夫曼树及哈夫曼编码的实现方法；3. 分析和讨论哈夫曼编码在实际应用中的优势和不足。

二、实验内容和步骤1. 哈夫曼树的构建1.1 通过C语言实现哈夫曼树的构建算法；1.2 输入一组权值，按哈夫曼树构建规则生成哈夫曼树；1.3 输出生成的哈夫曼树结构，并进行可视化展示。

2. 哈夫曼编码的实现2.1 设计哈夫曼编码的实现算法；2.2 对指定字符集进行编码，生成哈夫曼编码表；2.3 对给定字符串进行哈夫曼编码，并输出编码结果。

三、实验过程及结果1. 哈夫曼树的构建在C语言中，通过定义结构体和递归算法实现了哈夫曼树的构建。

根据输入的权值，依次选择权值最小的两个节点构建新的父节点，直至构建完成整棵哈夫曼树。

通过调试和可视化展示，确认了程序正确实现了哈夫曼树的构建。

2. 哈夫曼编码的实现经过分析和设计，利用哈夫曼树的特点实现了哈夫曼编码的算法。

根据生成的哈夫曼树，递归地生成字符对应的哈夫曼编码，并输出编码结果。

对指定的字符串进行了编码测试，验证了哈夫曼编码的正确性和有效性。

四、实验结果分析1. 哈夫曼编码在数据传输和存储中具有较高的压缩效率和可靠性，能够有效减少数据传输量和存储空间；2. 哈夫曼树及哈夫曼编码在通信领域、数据压缩和加密等方面有着广泛的应用和重要意义；3. 在实际应用中，哈夫曼编码的构建和解码算法需要较大的时间和空间复杂度，对于大规模数据的处理存在一定的局限性。

五、实验总结通过本次实验，深入理解了哈夫曼树及哈夫曼编码的理论知识，并掌握了C语言中实现哈夫曼树及哈夫曼编码的方法。

对哈夫曼编码在实际应用中的优势和局限性有了更深入的认识，这对今后的学习和工作有着积极的意义。

六、参考文献1. 《数据结构（C语言版）》，严蔚敏赵现军著，清华大学出版社，2012年；2. 《算法导论》，Thomas H. Cormen 等著，机械工业出版社，2006年。

数据结构与算法：哈夫曼树哈夫曼树给定N个权值作为N个叶⼦结点，构造⼀棵⼆叉树，若该树的带权路径长度达到最⼩，称这样的⼆叉树为最优⼆叉树，也称为哈夫曼树(Huffman Tree)。

哈夫曼树是带权路径长度最短的树，权值较⼤的结点离根较近。

重要概念路径：从⼀个节点到它往下可以达到的节点所经shu过的所有节点，称为两个节点之间的路径路径长度：即两个节点的层级差，如A节点在第⼀层，B节点在第四层，那它们之间的路径长度为4-1=3权重值：为树中的每个节点设置⼀个有某种含义的数值，称为权重值(Weight)，权重值在不同算法中可以起到不同的作⽤节点的带权路径长度：从根节点到该节点的路径长度与该节点权重值的乘积树的带权路径长度：所有叶⼦节点的带权路径长度之和，也简称为WPL哈夫曼树判断判断⼀棵树是不是哈夫曼树只要判断该树的结构是否构成最短带权路径。

在下图中3棵同样叶⼦节点的树中带权路径最短的是右侧的树，所以右侧的树就是哈夫曼树。

代码实现案例：将数组{13,7,8,3,29,6,1}转换成⼀棵哈夫曼树思路分析：从哈夫曼树的概念中可以看出，要组成哈夫曼树，权值越⼤的节点必须越靠近根节点，所以在组成哈夫曼树时，应该由最⼩权值的节点开始。

步骤：(1) 将数组转换成节点，并将这些节点由⼩到⼤进⾏排序存放在集合中(2) 从节点集合中取出权值最⼩的两个节点，以这两个节点为⼦节点创建⼀棵⼆叉树，它们的⽗节点权值就是它们的权值之和(3) 从节点集合中删除取出的两个节点，并将它们组成的⽗节点添加进节点集合中，跳到步骤(2)直到节点集合中只剩⼀个节点public class HuffmanTreeDemo {public static void main(String[] args) {int array[] = {13,7,8,3,29,6,1};HuffmanTree huffmanTree = new HuffmanTree();Node root = huffmanTree.create(array);huffmanTree.preOrder(root);}}//哈夫曼树class HuffmanTree{public void preOrder(Node root){if (root == null){System.out.println("哈夫曼树为空，⽆法遍历");return;}root.preOrder();}/*** 创建哈夫曼树* @param array 各节点的权值⼤⼩* @return*/public Node create(int array[]){//先将传⼊的各权值转成节点并添加到集合中List<Node> nodes = new ArrayList<>();for (int value : array){nodes.add(new Node(value));}/*当集合中的数组只有⼀个节点时,即集合内所有节点已经组合完成，剩下的唯⼀⼀个节点即是哈夫曼树的根节点*/while (nodes.size() > 1){//将节点集合从⼩到⼤进⾏排序//注意：如果在节点类没有实现Comparable接⼝，则⽆法使⽤Collections.sort(nodes);//在集合内取出权值最⼩的两个节点Node leftNode = nodes.get(0);Node rightNode = nodes.get(1);//以这两个节点创建⼀个新的⼆叉树，它们的⽗节点的权值即是它们的权值之和Node parent = new Node(leftNode.weight + rightNode.weight);parent.left = leftNode;parent.right = rightNode;//再从集合中删除已经组合成⼆叉树的俩个节点，并把它们俩个的⽗节点加⼊到集合中nodes.remove(leftNode);nodes.remove(rightNode);nodes.add(parent);}//返回哈夫曼树的根节点return nodes.get(0);}}//因为要在节点的集合内，以节点的权值value，从⼩到⼤进⾏排序，所以要实现Comparable<>接⼝class Node implements Comparable<Node>{int weight;//节点的权值Node left;Node right;public Node(int weight) {this.weight = weight;}public void preOrder(){System.out.println(this);if (this.left != null){this.left.preOrder();}if (this.right != null){this.right.preOrder();}}@Overridepublic String toString() {return "Node{" +"weight=" + weight +'}';}@Overridepublic int compareTo(Node o) {return this.weight - o.weight;}}哈夫曼编码定长编码固定长度编码⼀种⼆进制信息的信道编码。

哈夫曼树与哈夫曼树编码实验原理哈夫曼树（Huffman Tree）是一种用于数据压缩的树形数据结构。

它的主要原理是通过构建一个最优的二叉树来实现编码和解码的过程。

以下是哈夫曼树和哈夫曼编码的实验原理：1. 构建哈夫曼树：- 给定一组需要进行编码的字符及其出现频率。

通常，这个频率信息可以通过统计字符在原始数据中的出现次数来得到。

- 创建一个叶节点集合，每个叶节点包含一个字符及其对应的频率。

- 从叶节点集合中选择两个频率最低的节点作为左右子节点，创建一个新的父节点。

父节点的频率等于左右子节点频率的和。

- 将新创建的父节点插入到叶节点集合中，并将原来的两个子节点从集合中删除。

- 重复上述步骤，直到叶节点集合中只剩下一个节点，即根节点，这个节点就是哈夫曼树的根节点。

2. 构建哈夫曼编码：- 从哈夫曼树的根节点开始，沿着左子树走一步就表示编码的0，沿着右子树走一步表示编码的1。

- 遍历哈夫曼树的每个叶节点，记录从根节点到叶节点的路径，得到每个字符对应的编码。

由于哈夫曼树的构建过程中，频率较高的字符在树中路径较短，频率较低的字符在树中路径较长，因此哈夫曼编码是一种前缀编码，即没有任何一个字符的编码是其他字符编码的前缀。

3. 进行数据压缩：- 将原始数据中的每个字符替换为其对应的哈夫曼编码。

- 将替换后的编码串连接起来，形成压缩后的数据。

4. 进行数据解压缩：- 使用相同的哈夫曼树，从根节点开始，按照压缩数据中的每个0或1进行遍历。

- 当遇到叶节点时，就找到了一个字符，将其输出，并从根节点重新开始遍历。

- 继续按照压缩数据的编码进行遍历，直到所有的编码都解压为字符。

通过构建最优的哈夫曼树和对应的编码表，可以实现高效的数据压缩和解压缩。

频率较高的字符使用较短的编码，从而达到减小数据大小的目的。

而频率较低的字符使用较长的编码，由于其出现频率较低，整体数据大小的增加也相对较小。