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哈夫曼算法

哈夫曼算法,由David A. Huffman於1952年提出,是一種用於數據壓縮的算法,特別適用於無損數據壓縮領域。其基於貪心算法策略,通過構建一棵稱為哈夫曼樹的二叉樹來編碼數據。在哈夫曼樹中,每個葉子節點代表一個字元,其權重通常設定為該字元在文本中出現的頻率。算法的工作原理如下:

構建哈夫曼樹。每個字元作為一個葉子節點加入到樹中,然後不斷合併權值(頻率)最低的兩個節點,直到只剩下一個節點,即根節點。

生成編碼。從根節點到每個葉子節點的路徑上賦予0或1的編碼,從而形成該葉子節點代表字元的哈夫曼編碼。

壓縮與解壓。使用生成的哈夫曼編碼對原始數據進行編碼以實現壓縮,解壓時利用編碼表對壓縮後的數據進行解碼,以還原為原始數據。

哈夫曼編碼的特點是自動適應數據本身的統計特性,對於出現頻率高的字元使用較短的編碼,而對於出現頻率低的字元使用較長的編碼,這樣可以顯著減少數據的平均長度,實現高效壓縮。哈夫曼算法在檔案傳輸、語音處理和圖像處理等領域得到了廣泛套用。