请展开上述代码其中的哈夫曼编码和解码部分
时间: 2024-01-24 08:16:54 浏览: 21
哈夫曼编码是一种基于贪心算法的压缩算法,它通过统计字符出现频率来构建最优二叉树,然后将每个字符映射到对应的二叉树路径上,从而实现对文本的高效压缩。哈夫曼解码算法则是将压缩后的二进制文件解码成原始文本的过程。
下面是一个简单的哈夫曼编码和解码的实现:
```python
import heapq
from collections import defaultdict
# 哈夫曼树结点类
class Node:
def __init__(self, char=None, freq=0, left=None, right=None):
self.char = char
self.freq = freq
self.left = left
self.right = right
# 定义结点之间的比较规则
def __lt__(self, other):
return self.freq < other.freq
# 构建哈夫曼树
def build_huffman_tree(text):
# 统计字符频率
freq_dict = defaultdict(int)
for char in text:
freq_dict[char] += 1
# 将每个字符作为叶子结点构建哈夫曼树
heap = []
for char, freq in freq_dict.items():
heapq.heappush(heap, Node(char=char, freq=freq))
# 构建哈夫曼树
while len(heap) > 1:
left = heapq.heappop(heap)
right = heapq.heappop(heap)
parent = Node(freq=left.freq+right.freq, left=left, right=right)
heapq.heappush(heap, parent)
return heap[0]
# 构建哈夫曼编码表
def build_huffman_table(tree):
table = {}
def dfs(node, path):
if node.char:
table[node.char] = path
else:
dfs(node.left, path+'0')
dfs(node.right, path+'1')
dfs(tree, '')
return table
# 哈夫曼编码
def huffman_encode(text):
tree = build_huffman_tree(text)
table = build_huffman_table(tree)
encoded = ''.join(table[char] for char in text)
return encoded, table
# 哈夫曼解码
def huffman_decode(encoded, table):
decoded = ''
i = 0
while i < len(encoded):
node = tree
while not node.char:
if encoded[i] == '0':
node = node.left
else:
node = node.right
i += 1
decoded += node.char
return decoded
```
在上述代码中,我们首先定义了一个 `Node` 类来表示哈夫曼树的结点,其中包含了字符、频率以及左右子结点。该类还实现了 `__lt__` 方法,以便可以使用 `heapq` 模块来维护结点的优先级队列。
接下来,我们定义了一个 `build_huffman_tree` 函数来构建哈夫曼树。该函数首先统计了文本中每个字符的出现频率,然后将每个字符作为叶子结点插入到一个最小堆中。接着,我们不断弹出堆中最小的两个结点,将它们合并成一个父结点,最终得到了一棵哈夫曼树。
然后,我们定义了一个 `build_huffman_table` 函数来生成哈夫曼编码表。该函数使用深度优先搜索遍历哈夫曼树,记录每个字符对应的编码路径。
最后,我们实现了 `huffman_encode` 和 `huffman_decode` 两个函数。`huffman_encode` 函数使用哈夫曼编码表将文本编码成二进制字符串,`huffman_decode` 函数则使用哈夫曼树将二进制字符串解码成原始文本。