哈夫曼编码-Java实现

哈夫曼编码主要用于数据压缩，用更少的位表示更多的数据。

首先对原始数据进行统计，计算每个字符出现的次数，然后建立哈夫曼树。
哈夫曼树也叫最优二叉树（哈夫曼树）。

解码时，对编码后的数据，从哈夫曼树的根出发，遇到一个叶子节点，则译出一个字符，重复此步骤，直到译出所有字符。

建立哈夫曼树的标准是，总长最短，译码时，结果唯一。每个字符的编码不能是其它字符的前置。

public class Node<T> {
    int key;
    T charData;

    Node leftChild;
    Node rightChild;

    public void displayNode(){

    }

}

public class Tree implements Comparable<Tree>{
    private Node root;

    public Node getRoot() {
        return root;
    }

    public void setRoot(Node root) {
        this.root = root;
    }
    /**
     *中序遍历法
     */
    public void inDisplay(Node node){
        if (node!=null){
            inDisplay(node.leftChild);
            System.out.println(node.key+":"+node.charData);
            inDisplay(node.rightChild);
        }
    }
    public void postDisplay(Node node){
        if (node!=null){
            postDisplay(node.leftChild);
            postDisplay(node.rightChild);
            System.out.print(node.key+":"+node.charData);

        }
    }
    @Override
    public int compareTo(Tree o) {
        if (this.root.key>o.root.key){
            return 1;
        }else if (this.root.key==o.root.key){
            return 0;
        }else {
            return -1;
        }
    }
}

public class Huffman {
    private Map<Character,Integer> map=new HashMap<>();
    private Map<Character,String> ce=new HashMap<>();
    private PriorityQueue<Tree> trees=new PriorityQueue<>();
    private String source;
    private String result;
    public void init(String source){
        this.source=source;
        char[] chars= source.toCharArray();
        for (char c :chars){
            if (!map.containsKey(c)){
                map.put(c,1);
            }else {
                map.put(c,map.get(c)+1);
            }
        }
        afterInit();
    }

    private void afterInit() {
        map.forEach((c,count)->{
            Node<Character> node=new Node<>();
            node.key=count;
            node.charData=c;

            Tree tree=new Tree();
            tree.setRoot(node);

            trees.add(tree);
        });
    }

    public void build(){
        while (this.trees.size()>1){
            Tree left=this.trees.poll();
            Tree right=this.trees.poll();

            Node node=new Node();
            node.key=left.getRoot().key+right.getRoot().key;
            node.leftChild=left.getRoot();
            node.rightChild=right.getRoot();

            left.setRoot(node);
            this.trees.add(left);
        }
    }
    public void encoding(){
        Tree tree=this.trees.peek();
        this.encoding(tree.getRoot(),"");
    }
    public String encodingResult(){
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        char[] chars= source.toCharArray();
        for (char c :chars){
            sb.append(ce.get(c)+' ');
        }
        return sb.toString();
    }
    private void encoding(Node<Character> node,String encoding){
        if (node!=null){
            if (node.leftChild==null && node.rightChild==null){
                ce.put(node.charData,encoding);
            }
            encoding(node.leftChild,encoding+"0");
            encoding(node.rightChild,encoding+"1");
        }
    }
    public void displayTree(){
        Tree tree=this.trees.peek();
        tree.inDisplay(tree.getRoot());
    }
    public void displayEncodeing(){
        ce.forEach((k,v)->{
            System.out.println(k+":"+v);
        });
    }
    public static void main(String[] args) {
        String source="ABAACDC";
        Huffman huffman=new Huffman();
        huffman.init(source);
        huffman.build();
        huffman.displayTree();
        System.out.println("-------");
        huffman.encoding();
        huffman.displayEncodeing();
        System.out.println(source+":"+huffman.encodingResult());
    }
}

运行结果：

3:A
7:null
2:C
4:null
1:B
2:null
1:D
-------
A:0
B:110
C:10
D:111
ABAACDC:0 110 0 0 10 111 10  //加空格是为了方便看

原始数据ABAACDC的编码结果是0110001011110

解码时，每取一位，则遍历一次树，发现节点是叶子节点时，则译出一个字符。不是叶子节点，则记住该节点，取下一位后，从上次记录的节点接着遍历。

哈夫曼编码-Java实现

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