霍夫曼编码(含完整源码)

1.第一步 统计所有的字符【*】出现的频次并按频次进行从小到大的排序
2.第二步 进行权值的合并
在这里插入图片描述
3.第三步 编码 左0 右 1
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
huffman编码大致分为以下步骤:

  1. 统计所有字符出现的频次
  2. 构建huffman树
  3. huffman树生成huffman编码
  4. 将源文件压缩成huffman编码结构
  5. 收到源文件之后利用Huffman树进行Huffman解码

定义huffman树的数据结构

// huffman编码数据结构
class HuffmanNode{
    constructor(char,frequency) {
        this.char = char
        this.frequency = frequency
        this.left = null
        this.right = null
    }
}

统计字频

// 统计频次
const countFrequency = function () {
    const data = fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, './a.txt'))
    const dataTxt = data.toString();
    const map = new Map();
    // 计算频次
    for (let index = 0; index < dataTxt.length; index++) {
        const element = dataTxt[index];
        if (map.has(element)) {
            map.set(element, map.get(element) + 1);
        } else {
            map.set(element, 1);
        }
    }
    return map;
}

构建huffman树

/**
 * 构建huffman树
 * @param {Map<char,number>} frequency 
 */
const buildHuffmanTree = function (frequency) {
    const keyValues = Array.from(frequency);
    const nodes = []
    for (const [key,value] of keyValues) {
        const huffmanNodeItem = new HuffmanNode(key, value)
        nodes.push(huffmanNodeItem)
    }
    while (nodes.length > 1) {
        // 从大到小排序
        nodes.sort((a, b) => b.frequency - a.frequency)
        // 取最小的两个
        leftNode = nodes.pop()
        rightNode = nodes.pop();
        // 最小的node合并成一个新的huffman节点
        parentNode = new HuffmanNode(null, leftNode.frequency + rightNode.frequency);
        parentNode.left = leftNode
        parentNode.right = rightNode
        nodes.push(parentNode)
    }
    return nodes[0]
}

生成huffman编码

利用huffman树生成huffman编码

/**
 * 将huffman树生成huffman编码
 * @param {HuffmanNode} huffmanTree 
 * @returns 
 */
const huffmanCode = function (huffmanTree) {
    const result = new Map();
    const dfs = function (huffmanTree, str) {
        if (huffmanTree && huffmanTree.left && huffmanTree.right) {
            dfs(huffmanTree.left, str + '0')
            dfs(huffmanTree.right,str+'1')
        } else {
            result.set(huffmanTree.char, str)
            return;
        }
    }
    dfs(huffmanTree, '');
    return result;
}

huffman编码

/**
 * 霍夫曼编码
 * @returns 
 */
const HuffmanEncode = function() {
    const data = fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, './a.txt'))
    const dataTxt = data.toString();
    let result = ''
    for (let index = 0; index < dataTxt.length; index++) {
        const element = dataTxt[index];
        result+= codes.get(element)
    }
    fs.writeFileSync(path.resolve(__dirname, './b.txt'), result)
    return result;
}

huffman解码

/**
 * 霍夫曼解码
 * @param {*} huffmanTree 
 * @param {*} source 
 */
function HUffmanDecode(huffmanTree,source){
    let current = huffmanTree
    let result = ''
    for (let index = 0; index < source.length; index++) {
        const element = source[index];
        if (element == '0') {
            current = current.left
            if (current.char != null) {
                result += current.char;
                current = huffmanTree;
            }
        } else {
            current = current.right;
            if (current.char != null) {
                result += current.char;
                current = huffmanTree;
            }
        }
    }
    fs.writeFileSync(path.resolve(__dirname,'./c.txt'),result)
}

完整代码

运行环境 Nodejs
需要将代码保存为 .js类型文件
并在.js文件所在文件夹下放一个a.txt文件方可成功运行
a.txt文件为需要进行编码的源文本,建议为英文

const fs = require('fs')
const path = require('path');
// 统计频次
const countFrequency = function () {
    const data = fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, './a.txt'))
    const dataTxt = data.toString();
    const map = new Map();
    // 计算频次
    for (let index = 0; index < dataTxt.length; index++) {
        const element = dataTxt[index];
        if (map.has(element)) {
            map.set(element, map.get(element) + 1);
        } else {
            map.set(element, 1);
        }
    }
    return map;
}
// huffman编码数据结构
class HuffmanNode{
    constructor(char,frequency) {
        this.char = char
        this.frequency = frequency
        this.left = null
        this.right = null
    }
}
/**
 * 构建huffman树
 * @param {Map<char,number>} frequency 
 */
const buildHuffmanTree = function (frequency) {
    const keyValues = Array.from(frequency);
    const nodes = []
    for (const [key,value] of keyValues) {
        const huffmanNodeItem = new HuffmanNode(key, value)
        nodes.push(huffmanNodeItem)
    }
    while (nodes.length > 1) {
        // 从大到小排序
        nodes.sort((a, b) => b.frequency - a.frequency)
        // 取最小的两个
        leftNode = nodes.pop()
        rightNode = nodes.pop();
        // 最小的node合并成一个新的huffman节点
        parentNode = new HuffmanNode(null, leftNode.frequency + rightNode.frequency);
        parentNode.left = leftNode
        parentNode.right = rightNode
        nodes.push(parentNode)
    }
    return nodes[0]
}
const frequency = countFrequency()
const huffmanTree = buildHuffmanTree(frequency)
fs.writeFileSync(path.resolve(__dirname, './huffmanTree.json'), JSON.stringify(huffmanTree))
/**
 * 将huffman树生成huffman编码
 * @param {HuffmanNode} huffmanTree 
 * @returns 
 */
const huffmanCode = function (huffmanTree) {
    const result = new Map();
    const dfs = function (huffmanTree, str) {
        if (huffmanTree && huffmanTree.left && huffmanTree.right) {
            dfs(huffmanTree.left, str + '0')
            dfs(huffmanTree.right,str+'1')
        } else {
            result.set(huffmanTree.char, str)
            return;
        }
    }
    dfs(huffmanTree, '');
    return result;
}
const codes = huffmanCode(huffmanTree);
/**
 * 霍夫曼编码
 * @returns 
 */
const HuffmanEncode = function() {
    const data = fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, './a.txt'))
    const dataTxt = data.toString();
    let result = ''
    for (let index = 0; index < dataTxt.length; index++) {
        const element = dataTxt[index];
        result+= codes.get(element)
    }
    fs.writeFileSync(path.resolve(__dirname, './b.txt'), result)
    return result;
}
const result = HuffmanEncode()
/**
 * 霍夫曼解码
 * @param {*} huffmanTree 
 * @param {*} source 
 */
function HuffmanDecode(huffmanTree,source){
    let current = huffmanTree
    let result = ''
    for (let index = 0; index < source.length; index++) {
        const element = source[index];
        if (element == '0') {
            current = current.left
            if (current.char != null) {
                result += current.char;
                current = huffmanTree;
            }
        } else {
            current = current.right;
            if (current.char != null) {
                result += current.char;
                current = huffmanTree;
            }
        }
    }
    fs.writeFileSync(path.resolve(__dirname,'./c.txt'),result)
}
HuffmanDecode(huffmanTree,result)

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