PHP 哈夫曼的实现
- <?php
- namespace Test;
- use Iterator;
- use ArrayAccess;
- use Exception;
- // 叶子结点或者连接结点的基类
- class HuffmanBase
- {
- protected $weight; // 权重
- protected $parent;
- public function setParent($parent)
- {
- $this->parent = $parent;
- }
- public function getWeight()
- {
- return $this->weight;
- }
- public function getParent()
- {
- return $this->parent;
- }
- }
- // 叶子结点
- class HuffmanLeafNode extends HuffmanBase
- {
- protected $code; // 需要编码的字母
- public function __construct($weight,$code,$parent = null)
- {
- if(!is_int($weight) || $weight <= 0 || is_null($code))
- {
- throw new Exception('Param is error!' .__FILE__.__LINE__);
- }
- $this->weight = abs($weight);
- $this->code = $code;
- $this->parent = $parent;
- }
- public function getCode()
- {
- return $this->code;
- }
- }
- // 连接结点
- class HuffmanJoinNode extends HuffmanBase
- {
- protected $lChild;
- protected $rChild;
- public function __construct($weight = 0,$lChild = null,$rChild = null)
- {
- $this->weight = $weight;
- $this->rChild = $rChild;
- $this->lChild = $lChild;
- }
- public function setWeight($leftWeight,$rightWeight)
- {
- if(!is_int($this->rChild) || !is_int($this->lChild))
- {
- throw new \Exception("Please initialize the left child or the right child!\n");
- }
- $this->weight = $leftWeight + $rightWeight;
- }
- public function setChild($child,$leftOrRight)
- {
- if('left' == $leftOrRight)
- {
- $this->lChild = $child;
- }
- elseif('right' == $leftOrRight)
- {
- $this->rChild = $child;
- }
- else
- {
- throw new \Exception("Please input 'left' or 'right' to leftOrRight!\n");
- }
- }
- public function getChild($leftOrRight)
- {
- if('left' == $leftOrRight)
- {
- return $this->lChild;
- }
- elseif('right' == $leftOrRight)
- {
- return $this->rChild;
- }
- else
- {
- throw new \Exception("Please input 'left' or 'right' to leftOrRight!\n");
- }
- }
- }
- // 哈夫曼树
- class HuffmanTree implements \ArrayAccess,\Iterator
- {
- protected $nodes = array();
- public function &getAllNodes()
- {
- return $this->nodes;
- }
- public function offsetExists($offset)
- {
- // TODO: Implement offsetExists() method.
- return isset($this->nodes[$offset]);
- }
- public function offsetGet($offset)
- {
- // TODO: Implement offsetGet() method.
- if(isset($this->nodes[$offset]))
- {
- return $this->nodes[$offset];
- }
- else
- {
- return null;
- }
- }
- public function offsetSet($offset,$value)
- {
- // TODO: Implement offsetSet() method.
- if(!($value instanceof HuffmanBase))
- {
- throw new Exception('Param is error!' .__FILE__.__LINE__);
- }
- if(is_null($offset))
- {
- $this->nodes[] = $value;
- }
- else
- {
- $this->nodes[$offset] = $value;
- }
- }
- public function offsetUnset($offset)
- {
- // TODO: Implement offsetUnset() method.
- unset($this->nodes[$offset]);
- }
- public function current()
- {
- // TODO: Implement current() method.
- return current($this->nodes);
- }
- public function key()
- {
- // TODO: Implement key() method.
- return key($this->nodes);
- }
- public function next()
- {
- // TODO: Implement next() method.
- next($this->nodes);
- }
- public function rewind()
- {
- // TODO: Implement rewind() method.
- reset($this->nodes);
- }
- public function valid()
- {
- // TODO: Implement valid() method.
- return $this->offsetExists(key($this->nodes));
- }
- public function length()
- {
- return count($this->nodes);
- }
- }
- // 从[$left,$right]区间选择parent=0并且weight最小的两个结点,其序号分别为$minNode1,$minNode2;
- function selectTwoMinWeightNode(HuffmanTree &$huffmanTree,$left,$right,&$minNode1,&$minNode2)
- {
- $left = abs($left);
- $right = abs($right);
- if(!is_int($left) || !is_int($right) || $left == $right)
- {
- throw new Exception('Param is error!' .__FILE__.__LINE__);
- }
- if($left > $right)
- {
- $tmp = $left;
- $left = $right;
- $right = $tmp;
- }
- $nodes = $huffmanTree->getAllNodes();
- if(!isset($nodes[$right]))
- {
- throw new Exception('Over the array index!'.__FILE__.__LINE__);
- }
- $tmp = array();
- for($i = $left;$i <= $right; ++$i)
- {
- $huffmanNode = $huffmanTree[$i];
- if(!is_null($huffmanNode->getParent()))
- {
- continue;
- }
- $tmp[$i] = $huffmanNode->getWeight();
- }
- if(count($tmp) <= 1)
- {
- throw new Exception('Not enough number!'.__FILE__.__LINE__);
- }
- asort($tmp,SORT_NUMERIC);
- $t = array_keys($tmp);
- $minNode1 = $t[0];
- $minNode2 = $t[1];
- }
- // (编码 => 权重)
- $nodes = array('A' => 3, 'B' => 4, 'C' => 7, 'D' => 10);
- $huffmanTree = new HuffmanTree();
- // 初始化哈夫曼树的叶子结点
- foreach($nodes as $code => $weight)
- {
- $huffmanNode = new HuffmanLeafNode($weight,$code);
- $huffmanTree[] = $huffmanNode;
- }
- $leafCount = $huffmanTree->length(); // 叶子结点的数量(大于1的值)
- $nodeCount = 2 * $leafCount -1 ; // 哈夫曼树结点的数量
- // 初始化哈夫曼树的非叶子结点(如果编译器未优化,--$i应该是比$i++效率高点的)
- for($i = $nodeCount - $leafCount;$i >= 1; --$i)
- {
- $huffmanNode = new HuffmanJoinNode();
- $huffmanTree[] = $huffmanNode;
- }
- // 建立哈夫曼树
- for($i = $leafCount;$i < $nodeCount; ++$i)
- {
- selectTwoMinWeightNode($huffmanTree,0,$i-1,$minNode1,$minNode2);
- $huffmanNode1 = $huffmanTree[$minNode1];
- $huffmanNode2 = $huffmanTree[$minNode2];
- $huffmanNode1->setParent($i);
- $huffmanNode2->setParent($i);
- $huffmanTree[$i]->setChild($minNode1,'left');
- $huffmanTree[$i]->setChild($minNode2,'right');
- $huffmanTree[$i]->setWeight($huffmanNode1->getWeight(),$huffmanNode2->getWeight());
- }
- // 从叶子到根的遍历,得到字母的编码
- $huffmanCode = array();
- for($i = 0;$i < $leafCount; ++$i)
- {
- $leafNode = $huffmanTree[$i];
- $code = $leafNode->getCode();
- $reverseCode = array();
- for($c = $i,$pi = $leafNode->getParent();!is_null($pi);$pi = $huffmanTree[$pi]->getParent())
- {
- $huffmanNode = $huffmanTree[$pi];
- if($huffmanNode->getChild('left') === $c)
- {
- $reverseCode[] = 0;
- }
- elseif($huffmanNode->getChild('right') === $c)
- {
- $reverseCode[] = 1;
- }
- else
- {
- throw new Exception('Something error happened!' .__FILE__.__LINE__);
- }
- $c = $pi;
- }
- $huffmanCode[$code] = array_reverse($reverseCode);
- }
- foreach($huffmanCode as $key => $value)
- {
- $s = implode(',',$value);
- echo $key. " : " .$s ."\n";
- }
运行结果:
运行环境:
ArrayAccess :(PHP 5 >= 5.0.0, PHP 7)
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