Python完成哈夫曼树编码过程及原理详解


Posted in Python onJuly 29, 2019

哈夫曼树原理

秉着能不写就不写的理念,关于哈夫曼树的原理及其构建,还是贴一篇博客吧。

其大概流程

Python完成哈夫曼树编码过程及原理详解

哈夫曼编码代码

# 树节点类构建
class TreeNode(object):
  def __init__(self, data):
    self.val = data[0]
    self.priority = data[1]
    self.leftChild = None
    self.rightChild = None
    self.code = ""
# 创建树节点队列函数
def creatnodeQ(codes):
  q = []
  for code in codes:
    q.append(TreeNode(code))
  return q
# 为队列添加节点元素,并保证优先度从大到小排列
def addQ(queue, nodeNew):
  if len(queue) == 0:
    return [nodeNew]
  for i in range(len(queue)):
    if queue[i].priority >= nodeNew.priority:
      return queue[:i] + [nodeNew] + queue[i:]
  return queue + [nodeNew]
# 节点队列类定义
class nodeQeuen(object):

  def __init__(self, code):
    self.que = creatnodeQ(code)
    self.size = len(self.que)

  def addNode(self,node):
    self.que = addQ(self.que, node)
    self.size += 1

  def popNode(self):
    self.size -= 1
    return self.que.pop(0)
# 各个字符在字符串中出现的次数,即计算优先度
def freChar(string):
  d ={}
  for c in string:
    if not c in d:
      d[c] = 1
    else:
      d[c] += 1
  return sorted(d.items(),key=lambda x:x[1])
# 创建哈夫曼树
def creatHuffmanTree(nodeQ):
  while nodeQ.size != 1:
    node1 = nodeQ.popNode()
    node2 = nodeQ.popNode()
    r = TreeNode([None, node1.priority+node2.priority])
    r.leftChild = node1
    r.rightChild = node2
    nodeQ.addNode(r)
  return nodeQ.popNode()

codeDic1 = {}
codeDic2 = {}
# 由哈夫曼树得到哈夫曼编码表
def HuffmanCodeDic(head, x):
  global codeDic, codeList
  if head:
    HuffmanCodeDic(head.leftChild, x+'0')
    head.code += x
    if head.val:
      codeDic2[head.code] = head.val
      codeDic1[head.val] = head.code
    HuffmanCodeDic(head.rightChild, x+'1')
# 字符串编码
def TransEncode(string):
  global codeDic1
  transcode = ""
  for c in string:
    transcode += codeDic1[c]
  return transcode
# 字符串解码
def TransDecode(StringCode):
  global codeDic2
  code = ""
  ans = ""
  for ch in StringCode:
    code += ch
    if code in codeDic2:
      ans += codeDic2[code]
      code = ""
  return ans
# 举例
string = "AAGGDCCCDDDGFBBBFFGGDDDDGGGEFFDDCCCCDDFGAAA"
t = nodeQeuen(freChar(string))
tree = creatHuffmanTree(t)
HuffmanCodeDic(tree, '')
print(codeDic1,codeDic2)
a = TransEncode(string)
print(a)
aa = TransDecode(a)
print(aa)
print(string == aa)

接下来就是一段一段分析代码

1.树结点类的构建:

共有5个属性:结点的值,结点的优先度,结点的左子结点,结点的右子结点,结点值的编码(这个没有什么好说的,这些属性都是被需要的)

2.创建树结点队列函数:

对于所有的字母结点,我们将其组成一个队列,这里使用list列表来完成队列的功能。将所有树节点够放进列表中,当然传进来的是按优先度从小到大已排序的元素列表

3.为队列添加节点元素,并保证优先度从大到小排列:

当有新生成的结点时,需将其插入列表,并放在合适位置,使队列依然时按优先度从小打到排列的。

4.结点队列类定义:

创建类初始化时需要传进去的是一个列表,列表中的每个元素是由字母与优先度组成的元组。元组第一个元素是字母,第二个元素是优先度(即在文本中出现的次数)

类初始化化时,调用“创建树结点队列函数”,队列中的每个元素都是一个树结点。

类中还包含一个队列规模属性以及另外两个操作函数:添加结点函数和弹出结点函数。

添加结点函数直接调用之前定义的函数即可,输入的参数为队列和新结点,并且队列规模加一

弹出第一个元素则直接调用列表的pop(0)函数,同时队列规模减一

5.计算文本中个字母的优先度,即出现的次数:

定义一个字典,遍历文本中的每一个字母,若字母不在字典里说明是第一次出现,则定义该字母为键,另键值为1,若在字典里有,则只需将相应的键值加一。 遍历后就得到了每个字母出现的次数。

6.由哈夫曼树得到编码表:

这里定义了两个全局字典,用于存放字母编码,一个字典用于编码,另一个字典用于解码,这样程序操作起来比较方便。

这里主要就是遍历,运用的是二叉树的中序遍历。如果明白中序遍历的化,就能看懂这里的代码,每递归到深一层的时候,就在后面多加一个‘0'(左子树)或‘1'(右子树)。

中序遍历我在上一篇博客中讲的还算可以吧,不懂的可以参考一下,否则就可以略过这一段。

这一段是哈夫曼编码的关键,也是难点,希望能够好好理解一下,也是对递归的一个理解。这一点没问题的话,我觉得哈夫曼树真的挺简单的!!!

7.字符串编码,字符串解码:

这两段我就不详细说了,应为已经有编码与解码的字典了,所以对应每一个字母直接在字典里找就好了,而且字典的寻找速度还是相当快的。

差不多了,例子就不举了,确实哈夫曼树比之前的什么八皇后问题还有KMP问题简单多了。

最后向Huffman大神致敬,祝各位学有所成。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
python3使用urllib示例取googletranslate(谷歌翻译)
Jan 23 Python
python中的装饰器详解
Apr 13 Python
在Python的Django框架中显示对象子集的方法
Jul 21 Python
Flask框架的学习指南之用户登录管理
Nov 20 Python
python如何通过实例方法名字调用方法
Mar 21 Python
python微信公众号之关键词自动回复
Jun 15 Python
说说如何遍历Python列表的方法示例
Feb 11 Python
Python通过2种方法输出带颜色字体
Mar 02 Python
在django admin详情表单显示中添加自定义控件的实现
Mar 11 Python
python中翻译功能translate模块实现方法
Dec 17 Python
Python基于百度API识别并提取图片中文字
Jun 27 Python
基于Pygame实现简单的贪吃蛇游戏
Dec 06 Python
Python秒算24点实现及原理详解
Jul 29 #Python
django之状态保持-使用redis存储session的例子
Jul 28 #Python
django 通过URL访问上传的文件方法
Jul 28 #Python
django使用admin站点上传图片的实例
Jul 28 #Python
Python中变量的输入输出实例代码详解
Jul 28 #Python
对django中foreignkey的简单使用详解
Jul 28 #Python
解决django 新增加用户信息出现错误的问题
Jul 28 #Python
You might like
thinkPHP中session()方法用法详解
2016/12/08 PHP
php二维数组按某个键值排序的实例讲解
2019/02/15 PHP
LBS blog sql注射漏洞[All version]-官方已有补丁
2007/08/26 Javascript
最简单的jQuery程序 入门者学习
2009/07/09 Javascript
JS获取html对象的几种方式介绍
2013/12/05 Javascript
ff下JQuery无法监听input的keyup事件的解决方法
2013/12/12 Javascript
javascript history对象(历史记录)使用方法(实现浏览器前进后退)
2014/01/07 Javascript
javascript中call,apply,bind的用法对比分析
2015/02/12 Javascript
深入理解JavaScript系列(33):设计模式之策略模式详解
2015/03/03 Javascript
JavaScript_ECMA5数组新特性详解
2016/06/12 Javascript
JS中跨页面调用变量和函数的方法(例如a.js 和 b.js中互相调用)
2016/11/01 Javascript
浅谈layer的iframe弹窗给里面的标签赋值的问题
2016/11/10 Javascript
javascript常用经典算法详解
2017/01/11 Javascript
浅析JS中的 map, filter, some, every, forEach, for in, for of 用法总结
2017/03/29 Javascript
jQuery选择器之属性过滤选择器详解
2017/09/28 jQuery
基于vue监听滚动事件实现锚点链接平滑滚动的方法
2018/01/17 Javascript
jQuery中将json数据显示到页面表格的方法
2018/05/27 jQuery
JS实现快递单打印功能【推荐】
2018/06/21 Javascript
基于Bootstrap下拉框插件bootstrap-select使用方法详解
2018/08/07 Javascript
vue打包之后生成一个配置文件修改接口的方法
2018/12/09 Javascript
vue实现数据控制视图的原理解析
2020/01/07 Javascript
[51:53]DOTA2-DPC中国联赛 正赛 RNG vs Dragon BO3 第二场 1月24日
2021/03/11 DOTA
构建Python包的五个简单准则简介
2015/06/15 Python
python 根据网易云歌曲的ID 直接下载歌曲的实例
2019/08/24 Python
Python函数生成器原理及使用详解
2020/03/12 Python
Python实现将元组中的元素作为参数传入函数的操作
2020/06/05 Python
html5 sessionStorage会话存储_动力节点Java学院整理
2017/07/06 HTML / CSS
美国体育用品在线:Modell’s Sporting Goods
2018/06/07 全球购物
药学专业个人自我评价
2013/11/11 职场文书
四查四看剖析材料
2014/02/14 职场文书
《胖乎乎的小手》教学反思
2014/02/26 职场文书
大家访活动实施方案
2014/03/10 职场文书
2019运动会广播加油稿汇总
2019/08/21 职场文书
导游词之蓬莱长岛
2019/12/17 职场文书
Redis数据结构之链表与字典的使用
2021/05/11 Redis
Python加密技术之RSA加密解密的实现
2022/04/08 Python