用哈弗曼编码实现压缩软件

开发 开发工具
哈夫曼编码(Huffman Coding)是一种编码方式,哈夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种。uffman于1952年提出一种编码方法,该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长 度最短的码字,有时称之为最佳编码,一般就叫作Huffman编码。本文介绍了用哈弗曼编码实现压缩软件,一起来看。

哈夫曼压缩是个无损的压缩算法,一般用来压缩文本和程序文件。哈夫曼压缩属于可变代码长度算法一族。意思是个体符号(例如,文本文件中的字符)用一个特定长度的位序列替代。因此,在文件中出现频率高的符号,使用短的位序列,而那些很少出现的符号,则用较长的位序列。我们先来看基本概念。 

1.什么是哈夫曼树?

哈夫曼树是一种***二叉树,它的***点体现在它的的带权路径长度最小。(结点的带权路径长度为:结点的路径长度乘以结点的权值,树的带权路径长度为所有叶子结点带权路径长度之和)

2.什么是哈弗曼编码?

从哈弗曼树的根结点开始,按照左子树分配代码“0”,右子树分配代码“1”的规则,直到叶子结点为止,每个叶子结点的哈弗曼编码就是从根结点开始,一直到该叶子结点为止,把途中经过的代码按顺序串起来就OK了。

3.什么是哈弗曼压缩?

Huffman( 哈夫曼 ) 算法在上世纪五十年代初提出来了,它是一种无损压缩方法,在压缩过程中不会丢失信息熵,而且可以证明 Huffman 算法在无损压缩算法中是***的。 Huffman 原理简单,实现起来也不困难,在现在的主流压缩软件得到了广泛的应用。对应用程序、重要资料等绝对不允许信息丢失的压缩场合, Huffman 算法是非常好的选择。

哈夫曼压缩,一般用来压缩文本和程序文件。哈夫曼压缩属于可变代码长度算法一族。意思是个体符号(例如,文本文件中的字符)用一个特定长度的位序列替代。因此,在文件中出现频率高的符号,使用短的位序列,而那些很少出现的符号,则用较长的位序列。

有了以上的基本概念,我们就可以动手实现哈弗曼压缩软件了!

4.哈弗曼压缩软件的实现:

在文件中,所有的数据都是以字节的形式存在的,一个字节是8位,所以所有可能出现的字节在0——256之间(不包括256),所以,***步要做的事情就是,把文件所有的字节的出现频率统计出来,并用频率做为权值生成一棵哈弗曼树:

Java代码:

  1. int[] ByteCount = new int[256];//字节频率统计  
  2. InputStream fis = new FileInputStream(pathName_former);  
  3. InputStream bis = new BufferedInputStream(fis);//创建文件输入流  
  4. while(bis.available()>0){  
  5. int tmp = bis.read();  
  6. ByteCount[tmp]++;  
  7. }//统计频率  
  8. //构造哈弗曼树  
  9. hfmTree hfm = new hfmTree(ByteCount);  
  10. Java代码  
  11. public hfmTree(int[] rank){//根据频率构造哈弗曼树  
  12. //把频率不为零的字节加入节点优先级队列  
  13. PriorityQueue nodes = new java.util.PriorityQueue();  
  14. for(int i=0;i  
  15. if(rank[i]!=0){  
  16. nodes.add(new hfmNode(rank[i],i));  
  17. }  
  18. }  
  19. //构造哈弗曼树  
  20. while(nodes.size()!=1){  
  21. hfmNode node_1 = nodes.poll();//1  
  22. hfmNode node_2 = nodes.poll();//2  
  23. hfmNode addNode = new hfmNode(node_1.getRank()+node_2.getRank(),0);  
  24. addNode.setLeft(node_1);  
  25. addNode.setRight(node_2);  
  26. nodes.add(addNode);  
  27. }  
  28. root = nodes.poll();  
  29. }//构造函数(correct) 

 

接下来,要做的就是获得0——256之间每个字节所对应的哈弗曼编码,用一个String[] Code = new Code[256]保存下来:

  1. Java代码//获得编码  
  2. private void getStrByte(hfmNode node,String s){  
  3. if(node.getLeft()==null&&node.getRight()==null){  
  4. Code[node.getData()] = s;//获得编码字符串  
  5. }  
  6. if(node.getLeft()!=null){  
  7. getStrByte(node.getLeft(),s+"0");  
  8. }//左零 if(node.getRight()!=null){  
  9. getStrByte(node.getRight(),s+"1");  
  10. }//右1  
  11. }  
  12. 然后就是把每个字节的编码长度打入文件:Java代码//先将0-255的编码长度打到文件里  
  13. for(int i=0;i  
  14. if(Code[i]==null||Code[i]==""){  
  15. Code[i] = "";  
  16. bos.write(0);  
  17. }else{  
  18. bos.write(Code[i].length());  
  19. }  

接下来就是,将每个字节的编码打入文件(这里需要吧8个长度的01串转换成一个byte打入文件):

  1. Java代码//把每个字节的编码表打到文件里  
  2. int i = 0;//第i个字节  
  3. int count = 0;//满8打一,计数器  
  4. String writeCode = "";//写入的8位编码  
  5. String allCode = "";//所有待写入的编码  
  6. String inCode = "";  
  7. while(i<256||count>=8){  
  8. if(count>=8){//满8  
  9. writeCode = allCode.substring(0,8);//前8位  
  10. count-=8;  
  11. allCode = allCode.substring(8);  
  12. bos.write(changeString(writeCode));//写入一个字节  
  13. }else{  
  14. count+=Code[i].length();  
  15. allCode+=Code[i];  
  16. inCode+=Code[i];  
  17. i++;//严重错误发生地  
  18. }  
  19. }  
  20. //如果不满8位的  
  21. if(allCode.length()>0){  
  22. int len = 8-allCode.length();//补零  
  23. for(int j=0;j  
  24. allCode+="0";  
  25. }  
  26. inCode+=allCode;  
  27. bos.write(changeString(allCode));  

 

***就是把文件中的所有字节按照这种哈弗曼的编码方式保存到文件中,过程类似于上一步(在***打入末尾补入的0的个数,主要是为了方便解压缩):Java代码//编码表输出完毕,将文件中的字节按照这种编码方式压缩。

  1. InputStream ins = new FileInputStream(pathName_former);  
  2. InputStream buf = new BufferedInputStream(ins);//创建输入流  
  3. count = 0;  
  4. writeCode = "";  
  5. allCode = "";  
  6. while(buf.available()>0||count>=8){  
  7. if(count>=8){//满8  
  8. writeCode = allCode.substring(0,8);//前8位  
  9. count-=8;  
  10. allCode = allCode.substring(8);  
  11. bos.write(changeString(writeCode));//写入一个字节  
  12. }else{  
  13. int data = buf.read();  
  14. count+=Code[data].length();  
  15. allCode+=Code[data];  
  16. }  
  17. }  
  18. //如果不满8位的  
  19. if(allCode.length()>0){  
  20. int len = 8-allCode.length();//补零  
  21. for(int j=0;j  
  22. allCode+="0";  
  23. }  
  24. bos.write(changeString(allCode));  
  25. bos.write(len);//补入了几个0  
  26. }else{  
  27. bos.write(0);//补入了0个0  

到这里,整个压缩过程基本完成了。希望对大家有帮助。

【编辑推荐】

  1. 详细解析Java中抽象类和接口的区别
  2. 如何在Java应用程序中动态分配CPU资源
  3. 常见的十四种Java开发工具的特点
  4. JavaScript开发规范要求
  5. JavaBean中使用JDBC方式进行事务处理
责任编辑:于铁 来源: 互联网
相关推荐

2011-04-28 10:07:24

哈弗曼编码

2021-06-16 17:36:39

节点编码哈夫曼树

2015-03-03 14:10:53

shellcode哈夫曼编码Huffy

2010-03-23 09:54:35

好压压缩

2021-04-24 07:50:59

压缩软件电脑

2021-10-31 07:24:12

Windows 11操作系统微软

2022-06-22 07:50:47

NanaZip7-Zip开源

2021-03-12 19:40:55

Linux开源压缩软件

2011-08-11 16:41:09

bzip2中文man

2018-05-06 23:08:12

2022-12-20 11:20:07

PeaZip 8开源压缩软件

2021-12-30 08:25:35

开源压缩软件7-Zip 21.07

2010-09-10 15:56:08

2011-12-15 10:38:06

OPEN联盟以太网

2017-02-28 10:33:31

Python原理图解

2021-01-04 21:00:53

开源软件文件解压开发者工具

2016-01-08 19:10:00

京东智能

2022-05-09 11:46:49

亚马逊云科技汽车哈曼

2023-05-09 09:00:39

7-Zip开源压缩软件

2010-05-04 17:06:38

Unix安装
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号