哈夫曼树(Huffman Tree)是一种带权路径长度最短的二叉树,常用于数据压缩算法中。以下是构造哈夫曼树的基本步骤:
1. 创建叶节点
根据数据集中的元素,创建每个元素作为叶节点的哈夫曼树。每个叶节点代表一个字符及其权重(通常是频率)。
2. 创建优先队列
将所有叶节点插入到一个优先队列(通常是一个最小堆)中。优先队列按照节点的权重排序,权重最小的节点在队列的顶部。
3. 构建哈夫曼树
重复以下步骤,直到优先队列中只剩下一个节点为止:
从优先队列中取出两个权重最小的节点(它们将成为新节点的左右子节点)。
创建一个新的内部节点,其权重为这两个节点的权重之和。
将新节点插入到优先队列中。
将这两个被取出的节点从优先队列中移除。
4. 重复步骤3
重复步骤3,直到优先队列中只剩下一个节点,这个节点就是哈夫曼树的根节点。
从根节点开始,为每个叶节点分配一个唯一的编码。向左移动代表0,向右移动代表1。
以下是构造哈夫曼树的伪代码:
```pseudo
function createHuffmanTree(data):
data是一个字典,包含字符及其权重
minHeap = new MinHeap() 最小堆,用于存储树节点
for (char, weight) in data:
minHeap.insert(new Node(char, weight))
while (minHeap.size() > 1):
left = minHeap.extractMin()
right = minHeap.extractMin()
merged = new Node(null, left.weight + right.weight)
merged.left = left
merged.right = right
minHeap.insert(merged)
return minHeap.extractMin() 返回根节点
```
这里是一个简化的例子:
假设我们有以下字符及其频率:
```
A: 5
B: 9
C: 12
D: 13
E: 16
F: 45
```
构造哈夫曼树的步骤如下:
1. 创建叶节点:A(5), B(9), C(12), D(13), E(16), F(45)
2. 创建优先队列,并将叶节点插入:minHeap = [A(5), B(9), C(12), D(13), E(16), F(45)]
3. 取出权重最小的两个节点B(9)和C(12),合并成新节点N1(21),minHeap = [A(5), N1(21), D(13), E(16), F(45)]
4. 取出权重最小的两个节点A(5)和N1(21),合并成新节点N2(26),minHeap = [N2(26), D(13), E(16), F(45)]
5. 取出权重最小的两个节点D(13)和N2(26),合并成新节点N3(39),minHeap = [N3(39), E(16), F(45)]
6. 取出权重最小的两个节点E(16)和N3(39),合并成新节点N4(55),minHeap = [N4(55), F(45)]
7. 取出权重最小的两个节点F(45)和N4(55),合并成新节点N5(100),minHeap = [N5(100)]
8. 优先队列中只剩下一个节点N5,它是哈夫曼树的根节点。