29、数据结构——树——哈夫曼树和哈夫曼编码

带权路径长度

结点的权

有某种特殊含义的数值(表示节点的重要性等)

结点的带权路径长度

从树的根到该结点的路径长度(经过的边数) 与节点上的数的乘积

树的带权路劲长度

所有的叶子结点的带权路径长度之和(WPL)

$$
WPL=\sum^{n}_{i=1}w_il_i
$$

下面就来举两个例子来介绍一下怎么计算(考的概率蛮大)

image-20240311142207412 $$ WPL=1 \times 2 + 2 \times 2+3 \times2+4\times2=20 $$ image-20240311144303573 $$ WPL=1\times3+2\times3+3\times2+4\times1=10 $$ 对于n个带权结点的二叉树中,其中WPL最小的二叉树称为哈夫曼树,也称为最优二叉树。那么我们应该如何通过已知节点来构造出一棵WPL最小的二叉树呢,这就是我们今天要学的一个重点内容,请看下一个内容。

哈夫曼树的构造

$$
\begin{flalign}
&给定n个权值分别为w_1w_2,w_n的结点,构造哈夫曼树的算法描述如下:\
&1)将这n个结点分别作为n棵仅含一个结点的二叉树,构成森林F。\
&2)构造一个新结点,从F中选取两棵根结点权值最小的树作为新结点的左、右子树,\
&并且将新结点的权值置为左、右子树上根结点的权值之和。\
&3)从F中删除刚才选出的两棵树,同时将新得到的树加入F中。\
&4)重复步骤(2)和(3),直至F中只剩下一棵树为止。&
\end{flalign}
$$

这是一个官方化的构造方式,下面我们就来一个例子来讲一下如何构造哈夫曼树:

现在给出几个节点,需要你构造出一个哈夫曼树:

image-20240311153253706 image-20240311153614539 image-20240311153750049 image-20240311153910800 image-20240311154238241 image-20240311154559501

注意:哈夫曼树不是唯一的,但是它们的WPL一定是相同的,比如我再写另一个哈夫曼树

image-20240311154807849

哈弗曼编码

持续更新中……