Mã hóa Huffman hiệu quả cho đầu vào được sắp xếp

Trong bài toán mã Huffman trước đó, tần số không được sắp xếp. Nếu danh sách tần suất được cung cấp theo thứ tự được sắp xếp, tác vụ gán mã sẽ hiệu quả hơn.

Trong bài toán này, chúng ta sẽ sử dụng hai hàng đợi trống. Sau đó, tạo một nút lá cho mỗi ký tự duy nhất và chèn nó vào hàng đợi theo thứ tự tần suất tăng dần.

Theo cách tiếp cận này, độ phức tạp của thuật toán là O (n).

Đầu vào và Đầu ra

Input:
Different letters and their frequency in sorted order
Letters: {L, K, X, C, E, B, A, F}
Frequency: {1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 4}
Output:
Codes for the letters
L: 0000
K: 0001
X: 001
C: 010
E: 011
F: 10
B: 110
A: 111

Thuật toán

huffmanCodes (dataList, freqList, n)

Đầu vào: Danh sách dữ liệu và danh sách tần suất, và số lượng dữ liệu trong danh sách n.

Đầu ra - Các ký tự được gán cho mã.

Begin
   root := huffmanTree(dataList, freqList, n) //create root of Huffman tree create an array to store codes, and top pointer for that array.
   call getCodes(root, array, top) to find codes for each character.
End

getCodes (gốc:nút, mảng, trên cùng)

Đầu vào: Nút gốc, mảng để lưu trữ mã, trên cùng của mảng.

Đầu ra - Mã cho mỗi ký tự

Begin
   if leftChild(root) ≠φ then
      array[top] := 0
      getCodes(leftChild(root), array, top)
   if rightChild(root) ≠φ then
      array[top] = 1
      getCode(rightChild(root), array, top)
   if leftChild(root) = φ AND rightChild(root) = φ then
      display the character ch of root
      for all entries of the array do
         display the code in array[i] for character ch
      done
End

huffmanTree (dataList, freqList, n)

Đầu vào - Danh sách dữ liệu và danh sách tần suất, và số lượng dữ liệu trong danh sách n.

Đầu ra - Tạo cây Huffman

Begin
   for all different character ch do
      add node with ch and frequency of ch into queue q1
   done

   while q1 is not empty OR size of q2 ≠ 1 do
      find two minimum node using q1 and q2 and add them as left and
      right child of a new node.
      add new node in q2
   done

   delete node from q2 and return that node.
End

Ví dụ

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;

struct node {
   char data;
   int freq;
   node *child0, *child1;
};

node *getNode(char d, int f) {
   node *newNode = new node;
   newNode->data = d;
   newNode->freq = f;
   newNode->child0 = NULL;
   newNode->child1 = NULL;
   return newNode;
}

node *findMinNode(queue<node*>&q1, queue<node*>&q2) {
   node *minNode;
   if(q1.empty()) { //if first queue is empty, delete and return node from second queue
      minNode = q2.front();
      q2.pop();
      return minNode;
   }

   if(q2.empty()) { //if second queue is empty, delete and return node from first queue
      minNode = q1.front();
      q1.pop();
      return minNode;
   }

   if((q1.front()->freq) < (q2.front()->freq)) { //find smaller from two queues
      minNode = q1.front();
      q1.pop();
      return minNode;
   }else {
      minNode = q2.front();
      q2.pop();
      return minNode;
   }
}

node *huffmanTree(char data[], int frequency[], int n) {
   node *c0, *c1, *par;
   node *newNode;
   queue<node*> qu1, qu2;

   for(int i = 0; i<n; i++) { //add all node to queue 1
      newNode = getNode(data[i], frequency[i]);
      qu1.push(newNode);
   }

   while(!(qu1.empty() && (qu2.size() == 1))) {
      c0 = findMinNode(qu1, qu2); //find two minimum as two child
      c1 = findMinNode(qu1, qu2);
      node *newNode = getNode('#', c0->freq+c1->freq);

      //intermediate node holds special character
      par = newNode;
      par->child0 = c0;
      par->child1 = c1;
      qu2.push(par); //add sub tree into queue 2
   }

   node *retNode = qu2.front();
   qu2.pop();
   return retNode;
}

void getCodes(node *rootNode, int array[], int n) {  //array to store the code
   if(rootNode->child0 != NULL) {
      array[n] = 0;
      getCodes(rootNode->child0, array, n+1);
   }

   if(rootNode->child1 != NULL) {
      array[n] = 1;
      getCodes(rootNode->child1, array, n+1);
   }

   if(rootNode->child0 == NULL && rootNode->child1 == NULL) {  // when root is leaf node
      cout << rootNode->data << ": ";

      for(int i = 0; i<n; i++)
         cout << array[i];
      cout << endl;
   }
}

void huffmanCodes(char data[], int frequency[], int n) {
   node *rootNode = huffmanTree(data, frequency, n);
   int array[50], top = 0;
   getCodes(rootNode, array, top);
}

int main() {
   char data[] = {'L', 'K', 'X', 'C', 'E', 'B', 'A', 'F'};
   int frequency[] = {1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 4};
   int n = sizeof(data)/sizeof(data[0]);
   huffmanCodes(data, frequency, n);
}

Đầu ra

L: 0000
K: 0001
X: 001
C: 010
E: 011
F: 10
B: 110
A: 111