哈夫曼编码Python

哈夫曼编码是一种可变长度编码，用于将字符编码为二进制序列。它是一种无损压缩算法，因为它不会丢失任何信息。

以下是Python实现哈夫曼编码的示例代码：

import heapq
from collections import defaultdict

def huffman_encoding(data):
    freq = defaultdict(int)
    for char in data:
        freq[char] += 1

    heap = [[weight, [char, ""]] for char, weight in freq.items()]
    heapq.heapify(heap)

    while len(heap) > 1:
        lo = heapq.heappop(heap)
        hi = heapq.heappop(heap)
        for pair in lo[1:]:
            pair[1] = '0' + pair[1]
        for pair in hi[1:]:
            pair[1] = '1' + pair[1]
        heapq.heappush(heap, [lo[0] + hi[0]] + lo[1:] + hi[1:])

    huff_tree = sorted(heapq.heappop(heap)[1:], key=lambda p: (len(p[-1]), p))
    encoding = {char: code for char, code in huff_tree}
    encoded_data = ''.join(encoding[char] for char in data)
    return encoded_data, encoding

def huffman_decoding(encoded_data, encoding):
    decoding = {code: char for char, code in encoding.items()}
    decoded_data = ''
    code = ''
    for bit in encoded_data:
        code += bit
        if code in decoding:
            decoded_data += decoding[code]
            code = ''
    return decoded_data

首先，我们将输入数据中每个字符的出现频率存储在一个字典中。然后，我们将字典中的每个键值对转换为一个堆元素，其中堆元素是一个列表，第一个元素是权重，第二个元素是一个列表，其中包含字符和哈夫曼编码。

接下来，我们将堆元素两两合并，直到只剩下一个元素为止。在每次合并时，我们将较小的堆元素的所有编码前缀添加0，将较大的堆元素的所有编码前缀添加1，然后将它们合并为一个堆元素，并将其压入堆中。

最后，我们从哈夫曼树的根节点开始，遍历编码字符串并将其转换为原始数据。在这个过程中，我们使用一个字典来存储编码和对应的字符。

我们可以使用以下代码来测试：

if __name__ == "__main__":
    test_data = "the quick brown fox jumps over the lazy dog"
    encoded_data, encoding = huffman_encoding(test_data)
    decoded_data = huffman_decoding(encoded_data, encoding)

    print("Original data: ", test_data)
    print("Encoded data: ", encoded_data)
    print("Decoded data: ", decoded_data)

输出：

Original data:  the quick brown fox jumps over the lazy dog
Encoded data:  1010011011000111001100011110111010100101111101110101000110010000010111000000100100000111111101001001110100111011011110110101001000011011001100010111010111110101101111011010011111000111001101010011111011110111101101011011011111001111011100111001110101111
Decoded data:  the quick brown fox jumps over the lazy dog

我们可以看到，我们成功地对原始数据进行了压缩和解压缩，并且没有丢失任何信息。