一般可以按下面步骤构建:

1,将所有左,右子树都为空的作为根节点。

2,在森林中选出两棵根节点的权值最小的树作为一棵新树的左,右子树,且置新树的附加根节点的权值为其左,右子树上根节点的权值之和。注意,左子树的权值应小于右子树的权值。

3,从森林中删除这两棵树,同时把新树加入到森林中。

4,重复2,3步骤,直到森林中只有一棵树为止,此树便是哈夫曼树。

下面是构建哈夫曼树的图解过程:

Java生成哈夫曼树_数据结构


哈夫曼编码

利用哈夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为哈夫曼编码。树中从根到每个叶子节点都有一条路径,对路径上的各分支约定指向左子树的分支表示”0”码,指向右子树的分支表示“1”码,取每条路径上的“0”或“1”的序列作为各个叶子节点对应的字符编码,即是哈夫曼编码。

就拿上图例子来说:

A,B,C,D对应的哈夫曼编码分别为:111,10,110,0

用图说明如下:

Java生成哈夫曼树_数据结构_02



记住,设计电文总长最短的二进制前缀编码,就是以n个字符出现的频率作为权构造一棵哈夫曼树,由哈夫曼树求得的编码就是哈夫曼编码。

 

哈夫曼数的构造:

节点类

数据类型根据需要定义

Wight权重

Parent 父节点

Left child 左孩子

Right child右孩子

value实际值(比如是字符串,字符之类的等等...)

编码类

Bit[]  数组的每一个元素存放每一个叶子节点的哈夫曼编码的数组

Start 哈夫曼编码数组的下标

树类

构造树

求编码

解码

测试类

权值数组

实际值数组

树类: 首先要对有n个叶子节点的哈夫曼树来说,树共有2n-1个节点,有n-1个非叶子节点。

对所有节点初始化,节点的所有元素置-1,对n个叶子节点初始化的时候对权值和value进行赋值,

编码:只需要对n个叶子节点进行编码即可,对于有n个叶子节点哈夫曼编码,每个编码的最大长度为n-1位。

从每一个叶子节点开始,自底向上若左孩子的值为叶子节点则置当前bit的位为0,否则置1,注意对于置位是从第n-1位开始的。直到找到根节点,为止。

解码:bit数组的每一个元素都是一个叶子节点的二进制编码。从根节点(第n-1个节点为根节点)开始进行对比,从第一个元素开始,若其左孩子为0,则下次循环置其根节点为其左孩子,否则下次循环置其根节点为其右孩子,直到其左孩子和右孩子均为空的时候,输出当前节点的value即可。

节点类:

package 哈夫曼数和哈夫曼编码;

public class HNode {//节点类
	int weight;	//权值
	int parent;	//双亲节点
	int leftChild;	//左孩子
	int rightChild;	//右孩子
	String value;	//实际值
	public HNode(){
		
	}
}



编码类:

package 哈夫曼数和哈夫曼编码;

public class HCode {//编码类
	public int bit[];	//求每一个叶子节点的哈夫曼编码数组
	public int weight;
	public int start;	//编码数组开始的下标
	public HCode(int n){
		 bit = new int[n];
	    // start = n-1;
	}
}

树类:

package 哈夫曼数和哈夫曼编码;

public class HTree {	//树类
	public int maxvalue=1000;	//用于比较求最小值	
	public int nodenum;
	public HTree(int n){
		this.nodenum=n;	//节点个数
		
	}
	
	public void haffman(int[] weight,String[] value, HNode[] node){
		int n = this.nodenum;
		int m1,m2,x1,x2;	//m1,m2表示最小河次小的权值,x1,x2,表示两个最小权值对应的编号
		
		//初始化所有节点,有n个叶子节点的哈夫曼树,有2n-1个节点
		for(int i=0;i<2*n-1;i++){
			HNode temp = new HNode();
			if(i<n){
				temp.weight=weight[i];
				temp.value=value[i];				
			}else{
				temp.weight=0;
				temp.value="";								
			}
			temp.parent=-1;
			temp.leftChild=-1;
			temp.rightChild=-1;
			node[i]=temp;
		}
		
		//循环构造哈夫曼树,初始化n-1个非叶子节点,对于有n个叶子节点的哈夫曼树来说,有2n-1个节点,除了叶子节点还有n-1个节点
		for(int i=0;i<n-1;i++){
			m1=m2=maxvalue;
			x1=x2=0;
			for(int j=0;j<n+i;j++){
				if(node[j].weight<m1&&node[j].parent==-1){
					m1=m2;
					x2=x1;
					m1=node[j].weight;
					x1=j;
				}else if(node[j].weight<m2&&node[j].parent==-1){
					m2=node[j].weight;
					x2=j;
				}
			}
			node[x1].parent=n+i;
			node[x2].parent=n+i;
			node[n+i].weight=node[x1].weight+node[x2].weight;
			node[n+i].leftChild=x1;
			node[n+i].rightChild=x2;
			//node[n+i].leftChild=node[x1].weight;
			//node[n+i].rightChild=node[x2].weight;
		}	
		/*for(int i=0;i<2*n-1;i++){
			System.out.println("parent:"+node[i].parent+"\tweight:"+node[i].weight+"\tleftChild:"+node[i].leftChild+"\trightChild:"
					+ ""+node[i].rightChild+"\tvalue:"+node[i].value);
		}*/ //用于测试
	}
	
	//哈夫曼编码算法
	public void haffCode(HNode[] node, HCode[] hcode){
		int n=this.nodenum;
		int child,parent;
		HCode code = new HCode(n);
		for(int i=0;i<n;i++){	//对前面的n个叶子节点进行编码
			code.start = n-1;	//得到编码的最大长度为n-1
			code.weight=node[i].weight;
			child=i;
			parent = node[child].parent;
			while(parent!=-1){
				if(node[parent].leftChild == child){
					code.bit[code.start]=0;
				}else{
					code.bit[code.start]=1;
				}
				code.start--;	//求编码的低一位
				child = parent;
				parent = node[child].parent;
			}
			//保存求出的叶子节点的哈夫曼编码和编码的起始位
			HCode temp = new HCode(n);
			for(int j=code.start+1;j<n;j++){
				temp.bit[j]=code.bit[j];
			}
			temp.weight=code.weight;
			temp.start=code.start;
			hcode[i] = temp;
		}
		//输出以保存的哈夫曼编码
		//printCode(node,hcode);	//打印算法,用于测试
	}
	public void printCode(HNode[] node, HCode[] code){
		for(int i=0;i<code.length;i++){
			 System.out.print("value"+node[i].value+"\tWeight="+code[i].weight+"\tCode=");
			 for(int j=code[i].start+1;j<code.length;j++){
				 System.out.print(code[i].bit[j]);   
			 }
			 System.out.println();
		}
	}
	//解码算法
	public void yima(HCode[] code, HNode[] node){
		
		for(int i=0;i<code.length;i++){
			int temp=node.length-1;	//根节点
			//int j=0;
			boolean asd = true;
			int m=0;
			while(node[temp].leftChild!=-1&&node[temp].rightChild!=-1){
				if(asd==true){
					/*
					 * 
					 */
					m=code[i].start+1;
				}
				if(code[i].bit[m]==0){
					temp = node[temp].leftChild;
				}else{
					temp = node[temp].rightChild;					
				}
				m++;
				asd=false;
				
			}
			//System.out.println(node[temp].value);	//输出用于测试
		}
		
	}
}

测试类:

package 哈夫曼数和哈夫曼编码;

public class Test {
	public static void main(String[] args){
		int[] arr = {2,5,8,3,9,6,12};
		String[] str = {"Aasda","B","D","S","R","E","C"};
		HNode[] node = new HNode[arr.length*2-1];
		HCode[] hcode = new HCode[arr.length];
		HTree tree= new HTree(arr.length);
		System.out.println("---构造哈夫曼树---");		
		tree.haffman(arr, str, node);
		System.out.println("---根据哈夫曼树编码---");		
		tree.haffCode(node, hcode);
		System.out.println("---译码---");
		tree.yima(hcode, node);
	}
}

测试结果:

Java生成哈夫曼树_二叉树_03

经测试无误,若有错误请指出,谢谢!