赫夫曼编码&解码

之前说到了如何构建赫夫曼树,那么赫夫曼树有什么用呢?赫夫曼树经典的应用之一就是赫夫曼编码

1. 赫夫曼编码是什么?

它是一种编码方式,可以用在电讯通信中,或者用于对数据文件进行压缩,压缩率一般在20%到90%。

2. 为什么要有赫夫曼编码?

我们要在网络中传输一句话,首先要将这句话的所有内容转成对应的Ascii码,然后再将Ascii转成二进制,这样一来,可能这句话原本长度是40,经过转换后会变得很长。这种编码方式叫定长编码,效率很低。其实我们可以统计这句话中各个字符出现的次数,然后用二进制数字记录这些字符出现的次数,对这句话进行编码时,将字符替换成对应的二进制就行了,这叫变长编码。但是这种编码方式也会有问题,就是最后传输的二进制串,对方在解码的时候,不知道哪些是要组合起来的,比如最后二进制串是101101……,到底第一位的1是单独解码呢还是要和第二位的0组合起来10才表示一个字符呢?这就造成了解码的多异性。赫夫曼编码就可以解决这个问题。

3. 赫夫曼编码原理:

假如现在要对i like like like java do you like a java这句话(长度是40)进行编码,过程如下:

  • 统计各个字符出现的次数:d:1次 y:1次 u:1次 j:2次 v:2次 o:2次 i:4次 k:4次 e:4次 i:5次 a:5次 空格:9次

  • 按照上面的字符出现的次数构建赫夫曼树,构建方法和之前讲的构建赫夫曼树一样。

  • 根据赫夫曼树,给各个字符编码。规定向左的路径为0,向右路径为1,然后路径数字组合起来就是该字符的编码。比如到a字符的路径是先向右,再向左,再向左,那么a的编码就是100

  • 最终各个字符的编码如下:

o:1000   u:10010   d:100110   y:100111  i:101
a:100   k:1110   e:1111   j:0000   v:0001   l:001   空格:01
  • 可以发现,每个字符的编码,都不会是另一个字符编码的前缀,比如空格的编码是01,其他字符,没有是以01开头的,因为到二叉树两个不同的节点路径不可能一样,这样解决了解码多异性的问题。

  • 根据各个字符的编码,就可以得到要发送内容编码后的字符串,i是101,空格是01,l是001……要发送内容编码后就是10101001……,长度为133。

  • 可以发现,编码后的二进制字符串长度(133)远远超过了原始内容长度(40),所以还要压缩一下。压缩的方法就是将二进制字符串每8位转成一个数字再转成字节,最终得到的字节数组就是:

-88,-65,-56,-65,-56,-65,-55,77,-57,6,-24,-14,-117,-4,-60,-90,28

长度为17,原始长度是40,压缩率为57.5%。

4. 赫夫曼解码:

本来是要发送i like like like java do you like a java这句话的,最终发送的是-88,-65,-56,-65,-56,-65,-55,77,-57,6,-24,-14,-117,-4,-60,-90,28,对方接收到后怎么还原成原始的那句话呢?其实这就是一个逆向操作了。

  • 编码的时候最后一步是压缩,那么这里就先要将接收到的字节数组解压成133位的字符串。即还原成10101001……这个字符串。

  • 然后再根据各个字符的编码,还原成原始发送的内容,即用10101001……对照下表,将内容还原即可。

o:1000   u:10010   d:100110   y:100111  i:101
a:100   k:1110   e:1111   j:0000   v:0001   l:001   空格:01

5. 赫夫曼编码解码注意事项:

  • 如果文件本身就是经过压缩处理的,比如视频文件、ppt等,压缩率不会很高

  • 赫夫曼编码是按字节来处理的,因此可以处理所有的文件

  • 如果文件重复的内容不多,压缩率也不高

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 159,117评论 4 362
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 67,328评论 1 293
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 108,839评论 0 243
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 44,007评论 0 206
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 52,384评论 3 287
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 40,629评论 1 219
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 31,880评论 2 313
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 30,593评论 0 198
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 34,313评论 1 243
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,575评论 2 246
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 32,066评论 1 260
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 28,392评论 2 253
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 33,052评论 3 236
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 26,082评论 0 8
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,844评论 0 195
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,662评论 2 274
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,575评论 2 270

推荐阅读更多精彩内容