基于哈夫曼树的数据压缩算法java

时间: 2023-11-23 15:57:52 浏览: 43
哈夫曼树是一种常用的数据压缩算法,以下是基于哈夫曼树的数据压缩算法的Java实现。 首先,我们需要定义一个哈夫曼树的节点类,包含字符、权重和左右子节点等属性: ```java class HuffmanNode { char c; int weight; HuffmanNode left; HuffmanNode right; public HuffmanNode(char c, int weight) { this.c = c; this.weight = weight; } public HuffmanNode(HuffmanNode left, HuffmanNode right) { this.weight = left.weight + right.weight; this.left = left; this.right = right; } public boolean isLeaf() { return left == null && right == null; } } ``` 接下来,我们需要实现构建哈夫曼树的方法。我们可以先统计字符出现的频率,然后根据频率构建哈夫曼树。具体实现如下: ```java public static HuffmanNode buildHuffmanTree(String text) { Map<Character, Integer> freqMap = new HashMap<>(); for (char c : text.toCharArray()) { freqMap.put(c, freqMap.getOrDefault(c, 0) + 1); } PriorityQueue<HuffmanNode> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(n -> n.weight)); for (Map.Entry<Character, Integer> entry : freqMap.entrySet()) { pq.offer(new HuffmanNode(entry.getKey(), entry.getValue())); } while (pq.size() > 1) { HuffmanNode left = pq.poll(); HuffmanNode right = pq.poll(); pq.offer(new HuffmanNode(left, right)); } return pq.poll(); } ``` 接着,我们可以实现编码和解码方法。编码方法将输入的字符串转换为二进制编码,解码方法将二进制编码转换为原字符串。具体实现如下: ```java public static Map<Character, String> buildEncodingMap(HuffmanNode root) { Map<Character, String> map = new HashMap<>(); buildEncodingMapHelper(root, "", map); return map; } private static void buildEncodingMapHelper(HuffmanNode node, String code, Map<Character, String> map) { if (node.isLeaf()) { map.put(node.c, code); return; } buildEncodingMapHelper(node.left, code + "0", map); buildEncodingMapHelper(node.right, code + "1", map); } public static String encode(String text, HuffmanNode root) { Map<Character, String> encodingMap = buildEncodingMap(root); StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (char c : text.toCharArray()) { sb.append(encodingMap.get(c)); } return sb.toString(); } public static String decode(String code, HuffmanNode root) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); HuffmanNode node = root; for (char c : code.toCharArray()) { node = c == '0' ? node.left : node.right; if (node.isLeaf()) { sb.append(node.c); node = root; } } return sb.toString(); } ``` 最后,我们可以将上述方法组合在一起,实现完整的数据压缩算法: ```java public static String compress(String text) { HuffmanNode root = buildHuffmanTree(text); String code = encode(text, root); String header = buildHeader(root); return header + code; } public static String decompress(String compressedText) { String[] parts = compressedText.split(":", 2); HuffmanNode root = parseHeader(parts[0]); String code = parts[1]; return decode(code, root); } private static String buildHeader(HuffmanNode root) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); buildHeaderHelper(root, sb); sb.append(":"); return sb.toString(); } private static void buildHeaderHelper(HuffmanNode node, StringBuilder sb) { if (node.isLeaf()) { sb.append(node.c); return; } sb.append("0"); buildHeaderHelper(node.left, sb); sb.append("1"); buildHeaderHelper(node.right, sb); } private static HuffmanNode parseHeader(String header) { Stack<HuffmanNode> stack = new Stack<>(); HuffmanNode root = null; for (char c : header.toCharArray()) { if (c == '0') { HuffmanNode node = new HuffmanNode('\0', 0); if (!stack.isEmpty()) { HuffmanNode parent = stack.peek(); if (parent.left == null) { parent.left = node; } else { parent.right = node; } } stack.push(node); } else if (c == '1') { HuffmanNode right = stack.pop(); HuffmanNode left = stack.pop(); HuffmanNode parent = new HuffmanNode(left, right); if (stack.isEmpty()) { root = parent; } else { HuffmanNode grandParent = stack.peek(); if (grandParent.left == left) { grandParent.left = parent; } else { grandParent.right = parent; } } stack.push(parent); } else { throw new IllegalArgumentException("Invalid header: " + header); } } if (stack.size() != 1) { throw new IllegalArgumentException("Invalid header: " + header); } return root; } ``` 这样,我们就实现了一个基于哈夫曼树的数据压缩算法。

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