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哈夫曼树(最优二叉树)的创建
哈夫曼树是带权路径最小的一种特殊二叉树,所以也称最优二叉树。
在这里不讨论基本概念如怎样计算路径等,而仅仅着重于树的创建,详细过程让我们举例而言。
其主要的原理为:将全部节点一開始都视为森林。每次从森林中选取两个根节点权值最小的树合并为一棵新树,新树的根节点大小为两个子节点大小的和,并将这棵新树又一次增加到森林中。
如此一来每一轮操作都能够简化为两个基本操作:合并两棵树、插入新树,直到森林中仅仅剩下一棵树,即是哈夫曼树。
以7个节点的权值分别为 1 3 7 9 12 18 25而言
创建的第一步:合并1、3。新增4
创建的第二步:合并4、7,新增11
创建的第三步:合并9、11,新增20
创建的第四步:合并12、18。新增30
创建的第五步:合并20、25。新增45
合并最后两棵树。得到哈夫曼树
在程序中我们实际执行来创建这棵树后,进行先序遍历的结果例如以下:
能够看到全部操作是符合结果的
在创建的过程中,非常重要的一个过程是:每次都必须从森林中选出节点权值最小的两棵树进行合并,然后插入森林中,这个过程我们能够用最大最小堆的插入和删除来实现。关于最大最小堆的实现和解说能够看我的这篇客:
http://blog.csdn.net/ava1anche/article/details/46965675
下面是详细的代码和凝视,部分操作不做解释。看凝视即可了
/*
时间:2015.7.20
名称:哈夫曼树
操作:哈夫曼树的创建、哈夫曼树的层序遍历(方便查看)、哈夫曼树的森林的相关操作(最大最小堆的操作)、树的中序遍历
简述:通过一个哈夫曼树的森林来创建哈夫曼树、每次建立树都从森林中删除两棵树、然后增加一棵新树、
为了使增加和删除更有效率,森林由最大最小堆实现。
*/
#include<iostream>
using namespace std;
int cost = 0;
const int MAX_CAPACITY = 100000;//森林的最大容纳量
enum type{Maxiumn。Miniumn};//代表森林的类型是从大到小还是从小到大
typedef struct Node//树的节点的结构
{
int weight; //定义权重
Node* Leftchild; //定义左子树
Node* Rightchild; //定义右子树
};
Node flag;//森林的第一个哨兵节点
typedef struct Huffmantree//哈夫曼树森林结构
{
int size; //森林的当前大小
Node *tree[MAX_CAPACITY]; //森林的最大容量
};
Huffmantree Trees;//哈夫曼树的森林
void insertMax(Node* insertNode)//从大到小排列的森林的插入(最大堆的插入)
{
int pos = ++Trees.size;//用暂时变量指向末尾,且总体容量加一;
for (; Trees.tree[pos / 2]->weight < insertNode->weight; pos /= 2)//每次与相应的父节点进行比較,寻找插入位置
{
Trees.tree[pos] = Trees.tree[pos / 2];//不符合插入条件就下沉相应的父节点
}
Trees.tree[pos] = insertNode;//找到插入位置后插入
}
void insertMin(Node* insertNode)//从小到大排列的森林的插入(最小堆的插入)
{
int pos = ++Trees.size;//用暂时变量指向末尾,且总体容量加一;
for (; Trees.tree[pos / 2]->weight>insertNode->weight; pos /= 2)
{
Trees.tree[pos] = Trees.tree[pos / 2];//不符合插入条件就下沉相应的父节点
}
Trees.tree[pos] = insertNode;//找到插入位置后插入
}
Node* deleteMax()//从大到小排列的森林的删除(最大堆的删除)
{
int parent = 1, child = 1;//用于指向父节点和子节点的游标
Node* maxNode = Trees.tree[1];//用于保存删除的最大节点
Node* lastNode = Trees.tree[Trees.size];//用于保存最后一个节点
--Trees.size;//数量减一
for (parent = 1; parent * 2 <= Trees.size; parent = child)
{
child = parent * 2;
if (child != Trees.size)//防止越界
if (Trees.tree[child]->weight < Trees.tree[child + 1]->weight)//选中较大的子节点
++child;
//每次都须要推断子节点是否还有子节点,没有的话就上浮保存最后一个节点用于补位
if (lastNode->weight <= Trees.tree[parent]->weight)//此时代表须要上浮最后一个节点用于补位,循环结束
if (lastNode->weight>Trees.tree[child]->weight)
break;
else
Trees.tree[parent] = Trees.tree[child];//上浮较大的节点
}
Trees.tree[parent] = lastNode;
return maxNode;
}
Node* deleteMin()//从小到大排列的森林的删除 (最小堆的删除)
{
int parent = 1, child = 1;//用于指向父节点和子节点的游标
Node* minNode = Trees.tree[1];//用于保存删除的最小节点
Node* lastNode = Trees.tree[Trees.size];//用于保存最后一个节点
--Trees.size;//数量减一
for (parent = 1; parent * 2 <= Trees.size; parent = child)
{
child = parent * 2;
if (child != Trees.size)//防止越界
if (Trees.tree[child]->weight > Trees.tree[child + 1]->weight)//选中较小的子节点
++child;
//每次都须要推断子节点是否还有子节点,没有的话就上浮保存最后一个节点用于补位
if (lastNode->weight >= Trees.tree[parent]->weight)//此时代表须要上浮最后一个节点用于补位。循环结束
if (lastNode->weight<Trees.tree[child]->weight)
break;
else
Trees.tree[parent] = Trees.tree[child];//上浮较小的节点
}
Trees.tree[parent] = lastNode;
return minNode;
}
int isFull()//推断森林是否已满
{
if (Trees.size == MAX_CAPACITY)
return 1;
else
return 0;
}
int isEmpty()//推断森林是否已空
{
if (Trees.size == 0)
return 1;
else
return 0;
}
Node* CreateTree_a()//创建树
{
while (Trees.size != 1)//直到仅仅剩下一棵树
{
Node* one = deleteMin();//每次删除两棵树合并为一棵新的树
Node* two = deleteMin();
Node* newNode=new Node();
newNode->weight = one->weight + two->weight;
newNode->Leftchild=one;
newNode->Rightchild = two;
insertMin(newNode);
}
return Trees.tree[1];
}
void preTraversal(Node* root)
{
cout << root->weight << ‘ ‘;
if (root->Leftchild!=NULL)
preTraversal(root->Leftchild);
if (root->Rightchild!=NULL)
preTraversal(root->Rightchild);
}
int main()
{
//主函数部分是測试用代码,能够无视
int N;
Node *flag = new Node();
Node *hufftree=NULL;
flag->weight = -1000;
flag->Leftchild = NULL;
flag->Rightchild = NULL;
Trees.size = 0;
Trees.tree[0] = flag;
cin >> N;
for (int i = 0; i < N; i++)
{
Node* newnode=new Node();
cin >> newnode->weight;
newnode->Leftchild = NULL;
newnode->Rightchild = NULL;
insertMin(newnode);//插入小根堆
//insertMax(newnode);
}
preTraversal(CreateTree_a());
return 0;
}
哈夫曼树(最优二叉树)的创建
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