欧美bbbwbbbw肥妇,免费乱码人妻系列日韩,一级黄片

詳解Huffman編碼算法之Java實現(xiàn)

 更新時間:2016年12月15日 09:17:36   作者:kimy  
Huffman編碼是一種編碼方式,常用于無損壓縮。本文只介紹用Java語言來實現(xiàn)該編碼方式的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。有興趣的可以了解一下。

Huffman編碼介紹

Huffman編碼處理的是字符以及字符對應(yīng)的二進制的編碼配對問題,分為編碼和解碼,目的是壓縮字符對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)長度。我們知道字符存貯和傳輸?shù)臅r候都是二進制的(計算機只認識0/1),那么就有字符與二進制之間的mapping關(guān)系。字符屬于字符集(Charset), 字符需要通過編碼(encode)為二進制進行存貯和傳輸,顯示的時候需要解碼(decode)回字符,字符集與編碼方法是一對多關(guān)系(Unicode可以用UTF-8,UTF-16等編碼)。理解了字符集,編碼以及解碼,滿天飛的亂碼問題也就游刃而解了。以英文字母小寫a為例, ASCII編碼中,十進制為97,二進制為01100001。ASCII的每一個字符都用8個Bit(1Byte)編碼,假如有1000個字符要傳輸,那么就要傳輸8000個Bit。問題來了,英文中字母e的使用頻率為12.702%,而z為0.074%,前者是后者的100多倍,但是確使用相同位數(shù)的二進制。可以做得更好,方法就是可變長度編碼,指導(dǎo)原則就是頻率高的用較短的位數(shù)編碼,頻率低的用較長位數(shù)編碼。Huffman編碼算法就是處理這樣的問題。

Huffman編碼Java實現(xiàn)

Huffman編碼算法主要用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是完全二叉樹(full binary tree)和優(yōu)先級隊列。后者用的是Java.util.PriorityQueue,前者自己實現(xiàn)(都為內(nèi)部類),代碼如下:

static class Tree { 
    private Node root; 
 
    public Node getRoot() { 
      return root; 
    } 
 
    public void setRoot(Node root) { 
      this.root = root; 
    } 
  } 
 
  static class Node implements Comparable<Node> { 
    private String chars = ""; 
    private int frequence = 0; 
    private Node parent; 
    private Node leftNode; 
    private Node rightNode; 
 
    @Override 
    public int compareTo(Node n) { 
      return frequence - n.frequence; 
    } 
 
    public boolean isLeaf() { 
      return chars.length() == 1; 
    } 
 
    public boolean isRoot() { 
      return parent == null; 
    } 
 
    public boolean isLeftChild() { 
      return parent != null && this == parent.leftNode; 
    } 
 
    public int getFrequence() { 
      return frequence; 
    } 
 
    public void setFrequence(int frequence) { 
      this.frequence = frequence; 
    } 
 
    public String getChars() { 
      return chars; 
    } 
 
    public void setChars(String chars) { 
      this.chars = chars; 
    } 
 
    public Node getParent() { 
      return parent; 
    } 
 
    public void setParent(Node parent) { 
      this.parent = parent; 
    } 
 
    public Node getLeftNode() { 
      return leftNode; 
    } 
 
    public void setLeftNode(Node leftNode) { 
      this.leftNode = leftNode; 
    } 
 
    public Node getRightNode() { 
      return rightNode; 
    } 
 
    public void setRightNode(Node rightNode) { 
      this.rightNode = rightNode; 
    } 
  } 

統(tǒng)計數(shù)據(jù)

既然要按頻率來安排編碼表,那么首先當然得獲得頻率的統(tǒng)計信息。我實現(xiàn)了一個方法處理這樣的問題。如果已經(jīng)有統(tǒng)計信息,那么轉(zhuǎn)為Map<Character,Integer>即可。如果你得到的信息是百分比,乘以100或1000,或10000??偸强梢赞D(zhuǎn)為整數(shù)。比如12.702%乘以1000為12702,Huffman編碼只關(guān)心大小問題。統(tǒng)計方法實現(xiàn)如下:

public static Map<Character, Integer> statistics(char[] charArray) { 
    Map<Character, Integer> map = new HashMap<Character, Integer>(); 
    for (char c : charArray) { 
      Character character = new Character(c); 
      if (map.containsKey(character)) { 
        map.put(character, map.get(character) + 1); 
      } else { 
        map.put(character, 1); 
      } 
    } 
 
    return map; 
  } 

構(gòu)建樹

構(gòu)建樹是Huffman編碼算法的核心步驟。思想是把所有的字符掛到一顆完全二叉樹的葉子節(jié)點,任何一個非頁子節(jié)點的左節(jié)點出現(xiàn)頻率不大于右節(jié)點。算法為把統(tǒng)計信息轉(zhuǎn)為Node存放到一個優(yōu)先級隊列里面,每一次從隊列里面彈出兩個最小頻率的節(jié)點,構(gòu)建一個新的父Node(非葉子節(jié)點), 字符內(nèi)容剛彈出來的兩個節(jié)點字符內(nèi)容之和,頻率也是它們的和,最開始的彈出來的作為左子節(jié)點,后面一個作為右子節(jié)點,并且把剛構(gòu)建的父節(jié)點放到隊列里面。重復(fù)以上的動作N-1次,N為不同字符的個數(shù)(每一次隊列里面?zhèn)€數(shù)減1)。結(jié)束以上步驟,隊列里面剩一個節(jié)點,彈出作為樹的根節(jié)點。代碼如下:

private static Tree buildTree(Map<Character, Integer> statistics, 
      List<Node> leafs) { 
    Character[] keys = statistics.keySet().toArray(new Character[0]); 
 
    PriorityQueue<Node> priorityQueue = new PriorityQueue<Node>(); 
    for (Character character : keys) { 
      Node node = new Node(); 
      node.chars = character.toString(); 
      node.frequence = statistics.get(character); 
      priorityQueue.add(node); 
      leafs.add(node); 
    } 
 
    int size = priorityQueue.size(); 
    for (int i = 1; i <= size - 1; i++) { 
      Node node1 = priorityQueue.poll(); 
      Node node2 = priorityQueue.poll(); 
 
      Node sumNode = new Node(); 
      sumNode.chars = node1.chars + node2.chars; 
      sumNode.frequence = node1.frequence + node2.frequence; 
 
      sumNode.leftNode = node1; 
      sumNode.rightNode = node2; 
 
      node1.parent = sumNode; 
      node2.parent = sumNode; 
 
      priorityQueue.add(sumNode); 
    } 
 
    Tree tree = new Tree(); 
    tree.root = priorityQueue.poll(); 
    return tree; 
  } 

編碼

某個字符對應(yīng)的編碼為,從該字符所在的葉子節(jié)點向上搜索,如果該字符節(jié)點是父節(jié)點的左節(jié)點,編碼字符之前加0,反之如果是右節(jié)點,加1,直到根節(jié)點。只要獲取了字符和二進制碼之間的mapping關(guān)系,編碼就非常簡單。代碼如下:

public static String encode(String originalStr, 
      Map<Character, Integer> statistics) { 
    if (originalStr == null || originalStr.equals("")) { 
      return ""; 
    } 
 
    char[] charArray = originalStr.toCharArray(); 
    List<Node> leafNodes = new ArrayList<Node>(); 
    buildTree(statistics, leafNodes); 
    Map<Character, String> encodInfo = buildEncodingInfo(leafNodes); 
 
    StringBuffer buffer = new StringBuffer(); 
    for (char c : charArray) { 
      Character character = new Character(c); 
      buffer.append(encodInfo.get(character)); 
    } 
 
    return buffer.toString(); 
  } 
private static Map<Character, String> buildEncodingInfo(List<Node> leafNodes) { 
    Map<Character, String> codewords = new HashMap<Character, String>(); 
    for (Node leafNode : leafNodes) { 
      Character character = new Character(leafNode.getChars().charAt(0)); 
      String codeword = ""; 
      Node currentNode = leafNode; 
 
      do { 
        if (currentNode.isLeftChild()) { 
          codeword = "0" + codeword; 
        } else { 
          codeword = "1" + codeword; 
        } 
 
        currentNode = currentNode.parent; 
      } while (currentNode.parent != null); 
 
      codewords.put(character, codeword); 
    } 
 
    return codewords; 
  } 

解碼

因為Huffman編碼算法能夠保證任何的二進制碼都不會是另外一個碼的前綴,解碼非常簡單,依次取出二進制的每一位,從樹根向下搜索,1向右,0向左,到了葉子節(jié)點(命中),退回根節(jié)點繼續(xù)重復(fù)以上動作。代碼如下:

public static String decode(String binaryStr, 
      Map<Character, Integer> statistics) { 
    if (binaryStr == null || binaryStr.equals("")) { 
      return ""; 
    } 
 
    char[] binaryCharArray = binaryStr.toCharArray(); 
    LinkedList<Character> binaryList = new LinkedList<Character>(); 
    int size = binaryCharArray.length; 
    for (int i = 0; i < size; i++) { 
      binaryList.addLast(new Character(binaryCharArray[i])); 
    } 
 
    List<Node> leafNodes = new ArrayList<Node>(); 
    Tree tree = buildTree(statistics, leafNodes); 
 
    StringBuffer buffer = new StringBuffer(); 
 
    while (binaryList.size() > 0) { 
      Node node = tree.root; 
 
      do { 
        Character c = binaryList.removeFirst(); 
        if (c.charValue() == '0') { 
          node = node.leftNode; 
        } else { 
          node = node.rightNode; 
        } 
      } while (!node.isLeaf()); 
 
      buffer.append(node.chars); 
    } 
 
    return buffer.toString(); 
  } 

測試以及比較

以下測試Huffman編碼的正確性(先編碼,后解碼,包括中文),以及Huffman編碼與常見的字符編碼的二進制字符串比較。代碼如下:

public static void main(String[] args) { 
    String oriStr = "Huffman codes compress data very effectively: savings of 20% to 90% are typical, " 
        + "depending on the characteristics of the data being compressed. 中華崛起"; 
    Map<Character, Integer> statistics = statistics(oriStr.toCharArray()); 
    String encodedBinariStr = encode(oriStr, statistics); 
    String decodedStr = decode(encodedBinariStr, statistics); 
 
    System.out.println("Original sstring: " + oriStr); 
    System.out.println("Huffman encoed binary string: " + encodedBinariStr); 
    System.out.println("decoded string from binariy string: " + decodedStr); 
 
    System.out.println("binary string of UTF-8: " 
        + getStringOfByte(oriStr, Charset.forName("UTF-8"))); 
    System.out.println("binary string of UTF-16: " 
        + getStringOfByte(oriStr, Charset.forName("UTF-16"))); 
    System.out.println("binary string of US-ASCII: " 
        + getStringOfByte(oriStr, Charset.forName("US-ASCII"))); 
    System.out.println("binary string of GB2312: " 
        + getStringOfByte(oriStr, Charset.forName("GB2312"))); 
  } 
 
  public static String getStringOfByte(String str, Charset charset) { 
    if (str == null || str.equals("")) { 
      return ""; 
    } 
 
    byte[] byteArray = str.getBytes(charset); 
    int size = byteArray.length; 
    StringBuffer buffer = new StringBuffer(); 
    for (int i = 0; i < size; i++) { 
      byte temp = byteArray[i]; 
      buffer.append(getStringOfByte(temp)); 
    } 
 
    return buffer.toString(); 
  } 
 
  public static String getStringOfByte(byte b) { 
    StringBuffer buffer = new StringBuffer(); 
    for (int i = 7; i >= 0; i--) { 
      byte temp = (byte) ((b >> i) & 0x1); 
      buffer.append(String.valueOf(temp)); 
    } 
 
    return buffer.toString(); 
  } 

以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

您可能感興趣的文章:

相關(guān)文章

  • JAVACORE與HEAPDUMP生成方法

    JAVACORE與HEAPDUMP生成方法

    JavaCore文件主要保存的是Java應(yīng)用各線程在某一時刻的運行的位置,即JVM執(zhí)行到哪一個類、哪一個方法、哪一個行上,它是一個文本文件,打開后可以看到每一個線程的執(zhí)行棧,以stack?trace的顯示,本文介紹JAVACORE與HEAPDUMP生成大法,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧
    2024-08-08
  • jeefast和Mybatis實現(xiàn)三級聯(lián)動的示例代碼

    jeefast和Mybatis實現(xiàn)三級聯(lián)動的示例代碼

    這篇文章主要介紹了jeefast和Mybatis實現(xiàn)三級聯(lián)動的示例代碼,代碼簡單易懂,對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下
    2020-10-10
  • SpringBoot+MyBatis-Plus實現(xiàn)分頁功能

    SpringBoot+MyBatis-Plus實現(xiàn)分頁功能

    在SpringBoot項目中,結(jié)合MyBatis-Plus(簡稱MP)可以非常方便地實現(xiàn)分頁功能,MP為開發(fā)者提供了分頁插件PaginationInterceptor,只需簡單配置即可使用,本文給大家介紹了SpringBoot+MyBatis-Plus實現(xiàn)分頁功能,文中通過代碼示例給大家介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下
    2024-01-01
  • Spring Security的持久化用戶和授權(quán)實現(xiàn)方式

    Spring Security的持久化用戶和授權(quán)實現(xiàn)方式

    文章介紹了如何使用JdbcUserDetailsManager實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀取用戶,并展示了如何配置SpringSecurity進行授權(quán)管理,通過創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表、配置數(shù)據(jù)庫連接和修改SecurityConfig,實現(xiàn)了用戶權(quán)限的控制
    2025-02-02
  • webservice實現(xiàn)springboot項目間接口調(diào)用與對象傳遞示例

    webservice實現(xiàn)springboot項目間接口調(diào)用與對象傳遞示例

    本文主要介紹了webservice實現(xiàn)springboot項目間接口調(diào)用與對象傳遞示例,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧
    2022-07-07
  • Java集合之Set接口及其實現(xiàn)類精解

    Java集合之Set接口及其實現(xiàn)類精解

    set接口是繼承自Collection的子接口,特點是元素不重復(fù),存儲無序。在set接口的實現(xiàn)類中添加重復(fù)元素是不會成功的,判斷兩個元素是否重復(fù)根據(jù)元素類重寫的
    2021-09-09
  • 分析Java中ArrayList與LinkedList列表結(jié)構(gòu)的源碼

    分析Java中ArrayList與LinkedList列表結(jié)構(gòu)的源碼

    這篇文章主要介紹了Java中ArrayList與LinkedList列表結(jié)構(gòu)的源碼,文章最后對LinkedList和ArrayList以及Vector的特性有一個對比總結(jié),需要的朋友可以參考下
    2016-05-05
  • java中JSqlParser的使用

    java中JSqlParser的使用

    JSqlParse是一款很精簡的sql解析工具,它可以將常用的sql文本解析成具有層級結(jié)構(gòu)的語法樹,本文主要介紹了java中JSqlParser的使用,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下
    2024-07-07
  • Java線程安全和鎖Synchronized知識點詳解

    Java線程安全和鎖Synchronized知識點詳解

    在本篇文章里小編給大家分享的是關(guān)于Java線程安全和鎖Synchronized相關(guān)知識點,有需要的朋友們可以參考下。
    2019-08-08
  • Java SpringBoot容器注入對象詳解

    Java SpringBoot容器注入對象詳解

    本文通過實例代碼給大家詳解了springboot獲取ioc容器中注入的bean問題,非常不錯,具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友參考下吧
    2021-09-09

最新評論