- 基本概念
• 路径长度:从树中一个结点到另一个结点的分支数目。
• 树的路径长度:从根结点到树中所有叶结点的路径长度之和。
• 带权路径长度(WPL):设树有 n 个叶结点,每个叶结点带权值 w_i,从根到该叶结点的路径长度为 l_i,则 WPL=\sum_{i=1}^n w_i\times l_i。
• 哈夫曼树(最优二叉树):带权路径长度 最小 的二叉树,叶结点权值越大,离根结点越近。
-
哈夫曼树构造算法
-
初始化:将 n 个权值对应的结点,各自作为一棵仅含单个结点的二叉树,构成森林 F。
-
选择与合并:在 F 中选取 根结点权值最小的两棵二叉树,作为左右子树构造一棵新二叉树,新根结点权值为两棵子树根权值之和。
-
更新森林:从 F 中删除选中的两棵树,将新树加入 F。
-
重复步骤 2、3:直到 F 中仅含一棵二叉树,该树即为哈夫曼树。
关键特性:
• 初始 n 个叶结点,最终哈夫曼树的结点总数为 2n-1。
• 哈夫曼树中 没有度为 1 的结点。
- 哈夫曼编码
• 前缀编码:任意一个编码都不是另一个编码的前缀,保证解码无歧义。
• 哈夫曼编码构造:以字符出现频率为权值构建哈夫曼树,左分支标记 0,右分支标记 1,从根到叶结点的路径上的 0/1 序列,即为该叶结点对应字符的编码。
• 优势:频率高的字符编码短,频率低的字符编码长,实现数据压缩。
- 应用场景
• 数据压缩(如 Huffman 压缩算法)
• 通信编码优化
• 决策树模型构建