什么是赫夫曼树?

赫夫曼树(Huffman Tree)是指给定N个权值作为N个叶子结点,构造一棵二叉树,若该树的带权路径长度达到最小。哈夫曼树(也称为最优二叉树)是带权路径长度最短的树,权值较大的结点离根较近。

 1    public class HNode<T>
2 {
3 public HNode()
4 {
5 data = default(T);
6 weight = 0;
7 leftNode = null;
8 rightNode = null;
9 }
10
11 public HNode(T val)
12 {
13 data = val;
14 weight = 0;
15 leftNode = null;
16 rightNode = null;
17 }
18
19 /// <summary>
20 /// 权重
21 /// </summary>
22 public int weight { get; set; }
23
24 /// <summary>
25 /// 内容
26 /// </summary>
27 public T data { get; set; }
28
29 /// <summary>
30 /// 左树
31 /// </summary>
32 public HNode<T> leftNode { get; set; }
33
34 /// <summary>
35 /// 右树
36 /// </summary>
37 public HNode<T> rightNode { get; set; }
38 }
 1    /// <summary>
2 /// 赫夫曼树
3 /// </summary>
4 /// <typeparam name="T"></typeparam>
5 public class HTree<T>
6 {
7 /// <summary>
8 /// 树的头结点
9 /// </summary>
10 public HNode<T> head { get; set; }
11
12 /// <summary>
13 /// 构造函数
14 /// </summary>
15 /// <param name="val"></param>
16 public HTree(T val)
17 {
18 head = new HNode<T>(val);
19 }
20
21 public HTree()
22 {
23 head = new HNode<T>();
24 }
25 /// <summary>
26 /// 构建树结构
27 /// </summary>
28 /// <param name="list"></param>
29 public void build(List<T> list)
30 {
31 //判断是否能构建树结构
32 if (list == null || list.Count <2)
33 throw new ArgumentOutOfRangeException("params error");
34 //分组统计
35 List<HNode<T>> nodes = new List<HNode<T>>();
36 nodes.AddRange(from m in list group m by m into g
37 select new HNode<T> { data = g.Key,weight = g.Count()});
38 //排序
39 nodes = nodes.OrderBy(i => i.weight).ToList();
40
41 for (int i =1; i< nodes.Count; i++)
42 {
43 HNode<T> parentNode = new HNode<T>();
44 if (i == 1)
45 {
46 //先取最小的两个节点
47 parentNode.leftNode = nodes[0];
48 parentNode.rightNode = nodes[1];
49 parentNode.weight = nodes[0].weight + nodes[1].weight;
50 }
51 else
52 {
53 //依次取节点构建树
54 if (head.weight >= nodes[i].weight)
55 {
56 parentNode.leftNode = head;
57 parentNode.rightNode = nodes[i];
58 }
59 else
60 {
61 parentNode.rightNode = head;
62 parentNode.leftNode = nodes[i];
63 }
64 parentNode.weight = head.weight + nodes[i].weight;
65 }
66 head = parentNode;
67 }
68 }
69
70 /// <summary>
71 /// 先序遍历
72 /// </summary>
73 /// <param name="index"></param>
74 public void PreorderTraversal(HNode<T> node)
75 {
76 //递归的终止条件
77 if (head == null)
78 {
79 Console.WriteLine("当前树为空");
80 return;
81 }
82 if (node != null)
83 {
84 if(node.data != null)
85 Console.WriteLine($"{node.data} {node.weight}");
86 PreorderTraversal(node.leftNode);
87 PreorderTraversal(node.rightNode);
88 }
89 }
90 }

测试代码:

1 List<string> list = new List<string>() { "A","B", "B", "C", "C", "C", "D", "D", "D", "D", "E", "E", "E", "E", "E" };
2 HTree<string> tree = new HTree<string>();
3 tree.build(list);
4 tree.PreorderTraversal(tree.head);

打印结果:

A 1
B 2
C 3
D 4
E 5

用这个例子现在我们看下构建的二叉树结构:


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