哈夫曼树

定义

给定n个权值作为n个叶子结点,构造一棵二叉树,若带权路径长度达到最小,称这样的二叉树为最优二叉树,也称为哈夫曼树(Huffman Tree)。哈夫曼树是带权路径长度最短的树,权值较大的结点离根较近。哈夫曼树(霍夫曼树)又称为最优树。

1、路径和路径长度

在一棵树中,从一个结点往下可以达到的孩子或孙子结点之间的通路,称为路径。通路中分支的数目称为路径长度。若规定根结点的层数为1,则从根结点到第L层结点的路径长度为L-1。

2、结点的权及带权路径长度

若将树中结点赋给一个有着某种含义的数值,则这个数值称为该结点的权。结点的带权路径长度为:从根结点到该结点之间的路径长度与该结点的权的乘积。

3、树的带权路径长度

树的带权路径长度规定为所有叶子结点的带权路径长度之和,记为WPL。

构造

假设有n个权值,则构造出的哈夫曼树有n个叶子结点。 n个权值分别设为 w1、w2、…、wn,则哈夫曼树的构造规则为:
(1) 将w1、w2、…,wn看成是有n 棵树的森林(每棵树仅有一个结点);
(2) 在森林中选出两个根结点的权值最小的树合并,作为一棵新树的左、右子树,且新树的根结点权值为其左、右子树根结点权值之和;
(3) 从森林中删除选取的两棵树,并将新树加入森林;
(4) 重复(2)、(3)步,直到森林中只剩一棵树为止,该树即为所求得的哈夫曼树。

实例

1、由权值为3,6,7,2,5,1的叶子结点生成一棵哈夫曼树,它的带权路径长度为?

带路径长度为:72+62+52+33+24+14 = 57

2、字符串 “alibaba” 的二进制哈夫曼编码有多少位 ?

alibaba

出现的频率:a-3,b-2,i-1,l-1

建树:

编码:a(0)、b(10)、i(110)、l(111)

alibaba (0111110100100)