20172328--藍墨雲班課實驗--哈夫曼樹的編碼

哈夫曼編碼測試

任務詳情

• 設有字符集：S={a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,n.o.p.q,r,s,t,u,v,w,x,y,z}。
• 給定一個包含26個英文字母的文件，統計每一個字符出現的機率，根據計算的機率構造一顆哈夫曼樹。
• 並完成對英文文件的編碼和解碼。
  • 要求：
  • （1）準備一個包含26個英文字母的英文文件（能夠不包含標點符號等），統計各個字符的機率
  • （2）構造哈夫曼樹
  • （3）對英文文件進行編碼，輸出一個編碼後的文件
  • （4）對編碼文件進行解碼，輸出一個解碼後的文件
  • （5）撰寫博客記錄實驗的設計和實現過程，並將源代碼傳到碼雲
  • （6）把實驗結果截圖上傳到雲班課

任務分析與分析思路

1. 首先要把字符集從文件中讀出來，並保存在一個數組裏面。這一步暫時想用IO流來實現。
2. 緊接着是去計算每個字符出現的頻率。初步想用嵌套循環來實現，並把出現的機率存在另外一個數組中。
3. 而後經過這兩個步驟，構建出一個二維數組，每個字符對應一個出現的頻率。
4. 而後寫一個compareTo方法，對該二維數組的第二個元素進行排序，獲得從小到大的一個順序。
5. 用構造哈夫曼樹的方法，依次遞歸，找到最小的兩個元素而後相加構成一個子樹，直到最終的和爲1結束。
6. 經過遍歷哈夫曼樹，獲得每個元素的編碼值，並存進一個新的數組code[]中。
7. 對從文件中讀出的數據進行遍歷，並與code[]中的字符進行比較，如若相等，則轉換爲對應的變碼。直至遍歷結束，哈夫曼編碼完成。
8. 對於解碼，暫時不知道怎麼完成。。。。

真正的解決過程

• 《FIRST》:將文件讀出來就讓我卡殼了，萬事真的開頭也難。。。

• 我百度了一下如何讀寫文件:
  

• 經過學習，我照着編寫的讀文件的代碼：

File file = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\text.txt");
        Reader reader = new FileReader(file);
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);
        String temp = bufferedReader.readLine();

• 一樣地，寫文件的代碼：

File file2 = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\ciphertext.txt");
        Writer writer = new FileWriter(file2);
        writer.write(result1);
        writer.close();

這樣就實現了我預期中的第一步。從把字符集從文件中讀出來，並保存在一個數組characters[]裏面。

• 《SECOND》：而後進行計算每個字符出現的頻率。首先用嵌套循環來實現，並把出現的機率存在另外一個數組中。真正地初次編完代碼，好的，全是0。我繼續改，知道在嵌套循環中邏輯沒有錯誤，可是全是0.0。
  

• 這就讓我有點百思不得其解了，爲何邏輯沒有錯誤，但機率不出現，細細分析一遍，實際上是個人除法有問題，在"/"運算中，計算機會自動忽略後面的小數位，因此須要加(float)的操做才化腐朽爲神奇。。。（以下圖所示）
  

• 算頻率的時候我用了ASCII表的位置來比對，我以爲本身的這個方法很巧妙。（可能只是我以爲）
  還有多種方法能夠實現頻率的計算~~

double frequency[] = new double[27];
        int numbers = 0;//空格的個數
        for (int i = 0; i < characters.length; i++) {
            if (characters[i] == ' ') {
                numbers++;
            }
            frequency[26] = (float) numbers / characters.length;
        }
        System.out.println("字符集爲");
        for (int j = 97; j <= 122; j++) {
            int number = 0;//給字母計數
            for (int m = 0; m < characters.length; m++) {
                if (characters[m] == (char) j) {
                    number++;
                }
                frequency[j - 97] = (float) number / characters.length;
            }
            System.out.print((char) j + "，");
        }

• 《THIRD》：第三部本來想經過這兩個步驟，構建出一個二維數組，每個字符對應一個出現的頻率。可是細細想來，二維數組會浪費大量的空間，索性就回過頭去寫哈夫曼樹的構成，參考了一些博客,寫出了大致的代碼，在廣度優先遍歷解決完成後，須要找到全部的葉子節點，才能知道每個字符對應的編碼，因此須要記錄一個值，再添加子樹的時候將「0」和「1」記錄下來，最後最好輸出在個人廣度優先遍歷結果中，添加在結點的屬性裏。

• 因而我先嚐試了一下，用了一個int型的變量加在了huffman樹的節點類的屬性中，可是出現的結果是：
  

• 我找了找規律，最後發現只有0和1的話，加起來很容易就會出現這種狀況，而不會反映個人編碼，因而我才明白只能用String型來保存這個變量，字符串的相加才能正常出現編碼，這樣一來就解決了個人問題。

public class Node implements Comparable<Node> {
    private char data;
    private double weight;
    private Node left;
    private Node right;
    String codenumber;//這個就是保存0&1的變量

    public Node(char data, double weight){
        this.data = data;
        this.weight = weight;
        this.codenumber ="";
    }

• 《Fourth》：獲得每一個字符對應的編碼後，就能夠對文件進行編碼了。

//對英文文件進行編碼，輸出一個編碼後的文件
        String result1 = "";
        List<Node> temp1 = breadthFirstTraversal(root);

        for (int i = 0; i < characters.length; i++) {
            for (int j = 0; j < temp1.size(); j++) {

                if (characters[i] == temp1.get(j).getData()) {
                    result1 += temp1.get(j).getCodenumber();
                }
            }
        }

• 再寫入文件：

File file2 = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\ciphertext.txt");
        Writer writer = new FileWriter(file2);
        writer.write(result1);
        writer.close();

• 《Fifth》：對英文文件進行解碼，輸出一個解碼後的文件。在這一部分我沒有思路，想了好久仍是沒什麼結果。在這一部分參考了咱們班同窗20172313餘坤澎同窗的博客，他的思路很好並且很容易讓人理解！根據他的思路，我把遍歷出的樹保存在一個Node型的列表temp1中，再從temp1中挑出字符和編碼分別存放在String型的列表newlist和String型的列表newlist1中，在使用他巧妙的暫時記錄點的方法，最後實現瞭解碼。

//對英文文件進行解碼，輸出一個解碼後的文件

        //將全部具備字符的葉子節點從新保存在一個newlist裏面
        List<String> newlist = new ArrayList<>();
        for(int m=0;m < temp1.size();m++)
        {
            if(temp1.get(m).getData()!='無')
                newlist.add(String.valueOf(temp1.get(m).getData()));
        }
        System.out.println("字符："+newlist);

        List<String> newlist1 = new ArrayList<>();
        for(int m=0;m < temp1.size();m++)
        {
            if(temp1.get(m).getData()!='無')
                newlist1.add(String.valueOf(temp1.get(m).getCodenumber()));
        }
        System.out.println("對應編碼："+newlist1);



        //先從編完碼的文件中讀出密文
        FileReader fileReader = new FileReader("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\ciphertext.txt");
        BufferedReader bufferedReader1 = new BufferedReader(fileReader);
        String secretline = bufferedReader1.readLine();

        //將讀出的密文存在secretText列表中
        List<String> secretText = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < secretline.length(); i++) {
            secretText.add(secretline.charAt(i) + "");
        }

        //解密
        String result2 = "";//最後的解碼結果
        String current="";// 臨時的保存值
        while(secretText.size()>0) {
            current = current + "" + secretText.get(0);
            secretText.remove(0);
            for (int p = 0; p < newlist1.size(); p++) {
                if (current.equals(newlist1.get(p))) {
                    result2 = result2 + "" + newlist.get(p);
                    current="";
                }

            }
        }

        System.out.println("解碼後的結果："+result2);
        File file3 = new File("D:\\20172328lxy\\20172328lxy\\src\\week_10\\homework\\text1.txt");
        Writer writer1 = new FileWriter(file3);
        writer1.write(result2);
        writer.close();
    }

最後的結果圖

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