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Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之哈夫曼樹概述及實(shí)現(xiàn)

 更新時間:2021年05月13日 16:26:23   作者:菜菜的大數(shù)據(jù)開發(fā)の路  
文中詳細(xì)講了關(guān)于Java哈夫曼樹的概述以及用Java實(shí)現(xiàn)的方法,對各位正在學(xué)習(xí)java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的小伙伴們有很大的幫助喲,需要的朋友可以參考下

一、與哈夫曼樹相關(guān)的概念

概念 含義
1. 路徑 從樹中一個結(jié)點(diǎn)到另一個結(jié)點(diǎn)的分支所構(gòu)成的路線
2. 路徑長度 路徑上的分支數(shù)目
3. 樹的路徑長度 長度從根到每個結(jié)點(diǎn)的路徑長度之和
4. 帶權(quán)路徑長度 結(jié)點(diǎn)具有權(quán)值, 從該結(jié)點(diǎn)到根之間的路徑長度乘以結(jié)點(diǎn)的權(quán)值, 就是該結(jié)點(diǎn)的帶權(quán)路徑長度
5. 樹的帶權(quán)路徑長度 樹中所有葉子結(jié)點(diǎn)的帶權(quán)路徑長度之和

二、什么是哈夫曼樹

定義:

  • 給定n個權(quán)值作為n個葉子結(jié)點(diǎn), 構(gòu)造出的一棵帶權(quán)路徑長度(WPL)最短的二叉樹,叫哈夫曼樹(), 也被稱為最最優(yōu)二叉樹.
  • WPL: Weighted Path Length of Tree 樹的帶權(quán)路徑長度

哈夫曼樹的特點(diǎn):

1.權(quán)值越大的結(jié)點(diǎn), 距離根節(jié)點(diǎn)越近;

2.樹中沒有度為1的結(jié)點(diǎn), 哈夫曼樹的度只能是0 或 1;

3.帶權(quán)路徑長度最短的一棵二叉樹;

判斷下圖三個二叉樹那個是哈夫曼樹?

  • 當(dāng)然是WPL最小的樹啦, 即中間的二叉樹是也;

那么我們是如何手動構(gòu)造出一棵哈夫曼樹的呢?

三、哈夫曼樹的構(gòu)造方法

構(gòu)造哈夫曼樹的步驟:

1.把所有結(jié)點(diǎn)的權(quán)值按照從小到大的順序進(jìn)行排序;

2.取出根節(jié)點(diǎn)權(quán)值最小的兩棵二叉樹;

3.組成一棵新的二叉樹, 這課新二叉樹的根節(jié)點(diǎn)的權(quán)值是前面兩棵二叉樹權(quán)值的和

4.再將這棵新的二叉樹,以根節(jié)點(diǎn)的權(quán)值大小進(jìn)行排序, 不斷重復(fù)1-2-3-4的步驟, 直到給定序列中的所有權(quán)值都被處理,我們就得到了一棵哈夫曼樹.

[圖解分析構(gòu)造過程]

下面以序列{13,7,8,3}為例, 圖解構(gòu)造哈夫曼樹的過程

首先對序列進(jìn)行升序排列,得到{3,7,8,13};

取出權(quán)值最小的兩個結(jié)點(diǎn)3,7 , 組成一棵二叉樹,根節(jié)點(diǎn)是權(quán)值為10的結(jié)點(diǎn);

在原序列中去除步驟2中已經(jīng)被使用了的3和7, 并把新的結(jié)點(diǎn)權(quán)值10加入到序列中并重新排序, 得到{8,10,13};

再次取出權(quán)值最小的兩個節(jié)點(diǎn)8,10, 組成一棵根節(jié)點(diǎn)為18的二叉樹, 然后我們?nèi)コ蛄兄械?,10, 將18添加到序列中并排序, 得到了{(lán)13,18};

將序列{13,18}取出構(gòu)成一棵新的二叉樹, 權(quán)值為31, 此時序列中只剩下了31這個結(jié)點(diǎn), 他是這個哈夫曼樹的根節(jié)點(diǎn);

至此, {13,7,8,3}的哈夫曼樹構(gòu)建完畢.

四、哈夫曼樹的代碼實(shí)現(xiàn)

結(jié)點(diǎn)類

package DataStrcture.huffmantreedemo;

public class HTreeNode implements Comparable<HTreeNode>{
    //
    public HTreeNode leftNode;
    public HTreeNode rightNode;
    public int weight;

    // 前序遍歷
    public void preOrder(){

        System.out.println(this);

        if(this.leftNode != null) this.leftNode.preOrder();

        if(this.rightNode != null) this.rightNode.preOrder();
    }

    // 設(shè)置左右子節(jié)點(diǎn)
    public void setLeftNode(HTreeNode node){
        this.leftNode = node;
    }
    public void setRightNode(HTreeNode node){
        this.rightNode = node;
    }
    //構(gòu)造方法和toString()
    public HTreeNode(int weight){
        this.weight = weight;
    }
    public String toString(){
        return "Node{weight: "+weight+"}";
    }
    //根據(jù)權(quán)值對結(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序
//    public int compareTo(Object obj){
//        return this.weight - ((HTreeNode)(obj)).weight;
//    }
    public int compareTo(HTreeNode node){
        return this.weight - node.weight;
    }
}

哈夫曼樹類

package DataStrcture.huffmantreedemo;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class HuffmanTree{
    //哈夫曼樹的實(shí)現(xiàn):
    //1. 構(gòu)建哈夫曼樹的方法 buildHuffumanTree(int[] arr)
    //2. 對哈夫曼樹進(jìn)行遍歷(二叉樹遍歷)
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {13,7,8,3,29,6,1};
        HTreeNode hTreeNode = buildHuffmanTree(arr);
        preOrder(hTreeNode);
    }
    public static HTreeNode buildHuffmanTree(int[] arr){
        //
        ArrayList<HTreeNode> nodesList = new ArrayList<HTreeNode>();
        //1. 把存放權(quán)值的數(shù)組拿出來構(gòu)建結(jié)點(diǎn)
        //2. 把這些節(jié)點(diǎn)存放到集合中
        for(int x : arr){
            nodesList.add(new HTreeNode(x));
        }
        while(nodesList.size() > 1){
            //3. 利用集合的排序方法,可以根據(jù)權(quán)值對結(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序
            Collections.sort(nodesList);
            // (當(dāng)然了, 我們需要實(shí)現(xiàn)comparable接口中的copareTo方法), 在哪實(shí)現(xiàn)的? 在結(jié)點(diǎn)類中!
            //4. 不斷的循環(huán)從集合中取出兩個結(jié)點(diǎn)進(jìn)行相加, 直到集合中只剩下一個結(jié)點(diǎn)才會終止循環(huán)
            HTreeNode leftNode = nodesList.get(0);
            HTreeNode rightNode = nodesList.get(1);

            HTreeNode parent = new HTreeNode(leftNode.weight + rightNode.weight);
            建立父節(jié)點(diǎn)和左右子節(jié)點(diǎn)的關(guān)系(千萬不要忘了)
            //因?yàn)槲覀冸m說是父節(jié)點(diǎn)和左右子節(jié)點(diǎn), 還是要實(shí)實(shí)在在的于內(nèi)存中體現(xiàn)出來的哈
            parent.setLeftNode(leftNode);
            parent.setRightNode(rightNode);
            //5.從結(jié)合中移除用過的左右子節(jié)點(diǎn), 添加父節(jié)點(diǎn)進(jìn)去
            nodesList.remove(leftNode);
            nodesList.remove(rightNode);
            nodesList.add(parent);
        }
        //6. 返回一個最終的唯一結(jié)點(diǎn)
        return nodesList.get(0);
    }
    //前序遍歷哈夫曼樹
    public static void preOrder(HTreeNode root){
        if(root != null){
            root.preOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉樹為空! ");
        }
    }
}

到此這篇關(guān)于Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之哈夫曼樹概述及實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java哈夫曼樹內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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