哈夫曼編碼

時間 2019-12-04

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20172319 2018.12.07

哈夫曼編碼

課程名稱:《程序設計與數據結構》  
學生班級：1723班  
學生姓名：唐才銘  
學生學號：20172319 
實驗教師：王志強老師
課程助教：張師瑜學姐、張之睿學長
實驗時間：2018年12月07日
必修/選修：必修

實踐內容

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
滿分：6分。
酌情打分。html

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實踐要求

完成藍墨雲上哈夫曼編碼測試相關的活動，及時提交代碼運行截圖和碼雲Git連接，截圖要有學號水印，不然會扣分。
完成實驗、撰寫實驗報告，實驗報告以博客方式發表在博客園，注意實驗報告重點是運行結果，遇到的問題(工具查找，安裝，使用，程序的編輯，調試，運行等)、解決辦法（空洞的方法如「查網絡」、「問同窗」、「看書」等一概得0分）以及分析（從中能夠獲得什麼啓示，有什麼收穫，教訓等）。報告能夠參考範飛龍老師的指導。
嚴禁抄襲，有該行爲者實驗成績歸零，並附加其餘懲罰措施。

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實踐步驟

前期準備：

預先下載安裝好IDEA 。

需求分析：

須要瞭解、理解哈夫曼編碼的相關知識

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代碼實現及解釋

（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數據結構

在src目錄下右鍵，新建文件，輸入文件名，文本文件，以後將本身所需內容放入便可。
讀取文件內容：

File fromFile = new File("English-text");
        // 建立字符輸入流
        Reader reader = null;
        String data = "";

        List temp = new LinkedList();
        try {
            reader = new FileReader(fromFile);
            // 循環讀取（打印）
            int content = reader.read();
            while (content != -1) {
                System.out.print((char) content);
                temp.add(content);
                data += (char) content;
                content = reader.read();
            }
            System.out.println();

文件中可能有些字符如：\n \r之類的，能夠使用replace方法將其替換成「」字符。
實現截圖以下：
工具
統計各個字符出現的機率：測試

public static void printStr(String str, int[] Probabilities, String[] Data ) {
        if (str == null || "".equals(str)) {
            System.out.println("字符串不能爲空！");
            return;
        }
        Map<String, Integer> pMap = new HashMap<String, Integer>();
        String[] split = str.split("");
        for (int i = 0; i < split.length; i++) {
            if (!"".equals(split[i]) && pMap.containsKey(split[i])) {
                pMap.put(split[i], pMap.get(split[i]) + 1);
            } else if (!"".equals(split[i])) {
                pMap.put(split[i], 1);
            }
        }
        Set<String> keySet = pMap.keySet();
        int total = 0;
        int i = 0;
        for (String string : keySet) {
            total += pMap.get(string);
        }
        for (String string : keySet) {
            Probabilities[i] =pMap.get(string)  ;
            Data[i] = string;
            System.out.println(string + "出現的機率：" + "分數： " + pMap.get(string) + "/" + total
                    + "\t" + "小數：" + (double) pMap.get(string) / total);
            i++;
        }
    }

實現截圖以下：

（2）構造哈夫曼樹編碼

public static <T> HuffmanNode<T> CreatTree(List<HuffmanNode<T>> HuffmanNode) {
            while (HuffmanNode.size() > 1) {
                Collections.sort(HuffmanNode);
                HuffmanNode<T> left = HuffmanNode.get(HuffmanNode.size() - 1);
                HuffmanNode<T> right = HuffmanNode.get(HuffmanNode.size() - 2);
                HuffmanNode<T> parent = new HuffmanNode<T>(null,left.getWeight()
                        + right.getWeight());
                parent.setLeftChild(left);
                parent.setRightChild(right);
                HuffmanNode.remove(left);
                HuffmanNode.remove(right);
                HuffmanNode.add(parent);
            }
            return HuffmanNode.get(0);
        }

        public static <T> List<HuffmanNode<T>> breadth(HuffmanNode<T> Root) {
            List<HuffmanNode<T>> list = new ArrayList<HuffmanNode<T>>();
            Queue<HuffmanNode<T>> queue = new ArrayDeque<HuffmanNode<T>>();

            if (Root != null) {
                queue.offer(Root);
            }

            while (!queue.isEmpty()) {
                list.add(queue.peek());
                HuffmanNode<T> node = queue.poll();

                if (node.getLeftChild() != null) {
                    queue.offer(node.getLeftChild());
                }

                if (node.getRightChild() != null) {
                    queue.offer(node.getRightChild());
                }
            }
            return list;
        }
    }

實現截圖以下：

（3）對英文文件進行編碼，輸出一個編碼後的文件設計

public String toHufmCode(String str) {

            for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
                String c = str.charAt(i) + "";
                search(root, c);
            }

            return hfmCodeStr;
        }


        private void search(HNode root, String c) {
            if (root.lChild == null && root.rChild == null) {
                if (c.equals(root.data)) {
                    hfmCodeStr += root.code;
                }
            }
            if (root.lChild != null) {
                search(root.lChild, c);
            }
            if (root.rChild != null) {
                search(root.rChild, c);
            }
        }

實現截圖以下：

（4）對編碼文件進行解碼，輸出一個解碼後的文件

public String CodeToString(String codeStr) {

            int start = 0;
            int end = 1;

            while(end <= codeStr.length()){
                target = false;
                String s = codeStr.substring(start, end);
                matchCode(root, s);
                if(target){
                    start = end;
                }
                end++;
            }

            return result;
        }

        private void matchCode(HNode root, String code){
            if (root.lChild == null && root.rChild == null) {
                if (code.equals(root.code)) {
                    result += root.data;
                    target = true;
                }
            }
            if (root.lChild != null) {
                matchCode(root.lChild, code);
            }
            if (root.rChild != null) {
                matchCode(root.rChild, code);
            }

        }
    }