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java实现哈夫曼压缩的实例

Java 更新时间: 发布时间: IT归档 最新发布 模块sitemap 名妆网 法律咨询 聚返吧 英语巴士网 伯小乐 网商动力

java实现哈夫曼压缩的实例

哈夫曼压缩的原理:

通过统计文件中每个字节出现的频率,将8位的01串转换为位数较短的哈夫曼编码.

其中哈夫曼编码是根据文件中字节出现的频率构建的,其中出现频率越高的字节,其路径长度越短;

出现频率越低的字节其路径长度越长.从而达到压缩的目的.

如何构造哈夫曼树?

一.  定义字节类 

        我的字节类定义了一下属性   

   public int data;//节点数据 
public int weight;//该节点的权值 
public int point;//该节点所在的左右位置 0-左 1-右 
private NodeData parent;//父节点引用 
private NodeData left;//左节点引用 
private NodeData right;//右节点引用 

二.建哈夫曼树

1.定义一个存储字节信息的数组: int array_Bytes[256]; 

  其中数组的下标[0,256)代表字节数值(一个字节8位,其值在[0,256)范围内);数组存储字节出现的次数.

2.遍历要压缩的文件,统计字节出现的次数. 

 InputStream data = new FileInputStream(path); 
  
 int number = data.available(); 
 for (int i = 0; i < number; i++) { 
int b = data.read(); 
array_Bytes[b] ++; 
 } 
data.close(); 

3.将字节类对象存入优先队列

4.运用HashMap 构造码表

哈夫曼压缩代码如下:

1.字节类

package compressFile; 
 
public class NodeData { 
  public NodeData(){ 
     
  } 
  public int data;//节点数据 
  public int weight;//该节点的权值 
  public int point;//该节点所在的左右位置 0-左 1-右 
  private NodeData parent; 
  private NodeData left; 
  private NodeData right; 
   
  public int getData(){ 
    return data; 
  } 
  public NodeData getParent() { 
    return parent; 
  } 
  public void setParent(NodeData parent) { 
    this.parent = parent; 
  } 
  public NodeData getLeft() { 
    return left; 
  } 
  public void setLeft(NodeData left) { 
    this.left = left; 
  } 
  public NodeData getRight() { 
    return right; 
  } 
  public void setRight(NodeData right) { 
    this.right = right; 
  } 
} 

2.统计字节的类,并生成码表

package compressFile; 
 
import java.io.BufferedInputStream; 
import java.io.FileInputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.io.InputStream; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.Comparator; 
import java.util.HashMap; 
import java.util.List; 
import java.util.Map; 
import java.util.PriorityQueue; 
 
 
 
 
public class StatisticBytes { 
 
   
   
  private int[] statistic(String path) { 
     
    int[] array_Bytes = new int[256]; 
    try { 
      InputStream data = new FileInputStream(path); 
      BufferedInputStream buffered = new BufferedInputStream(data); 
       
      int number = data.available(); 
      System.out.println("字节个数》》》"+number); 
      for (int i = 0; i < number; i++) { 
 int b = data.read(); 
 array_Bytes[b] ++; 
      } 

      data.close(); 
    } catch (IOException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
    return array_Bytes; 
  } 
   
  private PriorityQueue createQueue(int[] array){ 
    //定义优先队列,根据数据的权值排序从小到大 
    PriorityQueue queue =  
 new PriorityQueue(array.length,new Comparator(){ 
      public int compare(NodeData o1, NodeData o2) { 
 return o1.weight - o2.weight; 
      } 
    }); 
     
    for(int i=0; i queue){ 
    while(queue.size() > 1){ 

      NodeData left = queue.poll();//取得左节点 
      NodeData right = queue.poll();//取得右节点 

      NodeData root = new NodeData();//创建新节点 
      root.weight = left.weight + right.weight; 

      root.setLeft(left); 
      root.setRight(right); 
      left.setParent(root); 
      right.setParent(root); 

      left.point = 0; 
      right.point = 1; 

      queue.add(root); 
    } 
    NodeData firstNode = queue.poll(); 
    return firstNode; 
  } 
   
  private void achievehfmCode(NodeData root){ 
     
    if(null == root.getLeft() && null == root.getRight()){ 
      array_Str[root.data] = this.achieveLeafCode(root); 
       
      WriteFile.size_File += (array_Str[root.data].length())*(root.weight); 
    } 
    if(null != root.getLeft()){ 
      achievehfmCode(root.getLeft()); 
    } 
    if(null != root.getRight()){ 
      achievehfmCode(root.getRight()); 
    } 
  } 
   
  private String achieveLeafCode(NodeData leafNode){ 
    String str = ""; 
     
    List list_hfmCode = new ArrayList(); 
    list_hfmCode.add(leafNode.point); 
    NodeData parent = leafNode.getParent(); 
     
    while(null != parent){ 
      list_hfmCode.add(parent.point); 
      parent = parent.getParent(); 
    } 
     
    int size = list_hfmCode.size(); 
    for(int i=size-2; i>=0; i--){ 
      str += list_hfmCode.get(i); 
    } 
    System.out.println(leafNode.weight+"的哈夫曼编码为>>>"+str); 
    return str; 
  } 
   
  public Map createMap(){ 
    int[] hfm_Codes = this.statistic("F:\JAVA\压缩前.txt");//获得文件字节信息 
    PriorityQueue queue = this.createQueue(hfm_Codes);//获得优先队列 
     
    NodeData root = this.createTree(queue); 
    this.achievehfmCode(root);//获得哈夫曼编码并将其存入数组中 
     
    Map map = new HashMap(); 
    for(int i=0; i<256; i++){ 
      if(null != array_Str[i]){ 
 map.put(i, array_Str[i]); 
      } 
    } 
    return map; 
  } 
   
  public String[] array_Str = new String[256]; 
} 

3.将码表写入压缩文件并压缩正文

package compressFile; 
 
import java.io.BufferedInputStream; 
import java.io.BufferedOutputStream; 
import java.io.DataOutputStream; 
import java.io.FileInputStream; 
import java.io.FileOutputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.util.Iterator; 
import java.util.Map; 
import java.util.Set; 
 
 
public class WriteFile { 
 
  // 实例化创建码表类对象 
  private StatisticBytes statistic = new StatisticBytes(); 
  private Map map = statistic.createMap();// 获得码表 
  // 字节接收变量,接收哈夫曼编码连接够8位时转换的字节 
  private int exmpCode; 
  public static int size_File; 
 
  public static void main(String[] args) { 
    WriteFile writeFile = new WriteFile(); 
    writeFile.init(); 
  } 
 
  private void init() { 
 
    String filePath = "F:\JAVA\压缩后.txt"; 
    this.writeFile(filePath); 
  } 
 
   
  private void writeCodeTable(DataOutputStream dataOut) { 
    Set set = map.keySet(); 
    Iterator p = set.iterator(); 
 
    try { 
      //向文件中写入码表的长度 
      dataOut.writeInt(map.size()); 
      while (p.hasNext()) { 
 Integer key = p.next(); 
 String hfmCode = map.get(key); 
 
 dataOut.writeInt(key);//写入字节 
 //写入哈夫曼编码的长度 
 dataOut.writeByte(hfmCode.length()); 
 for(int i=0; i>"); 
 waiteString = this.changeStringToByte(transString + statistic.array_Str[j]); 
 if(waiteString != ""){  
   bOut.write(exmpCode); 
   transString = waiteString; 
 }else{ 
   transString += statistic.array_Str[j]; 
 } 
      } 
      if("" != transString){ 
 int num = 8-transString.length()%8; 
 for(int i=0; i

二.哈夫曼解压 

   原理:将压缩的逆向,即你是如何压缩的就怎样去解压。相当于你根据自己定义的协议进行压缩与解压缩文件。

代码如下:

package decompressionFile; 
 
import java.io.DataInputStream; 
import java.io.FileInputStream; 
import java.io.FileOutputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.io.InputStream; 
import java.io.OutputStream; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.HashMap; 
import java.util.Iterator; 
import java.util.List; 
import java.util.Map; 
import java.util.Set; 
 
 
public class ReadFile { 
   
  private Map code_Map = new HashMap(); 
 
  public static void main(String[] args) { 
    ReadFile readFile = new ReadFile(); 
    readFile.readFile(); 
  } 
 
   
  private void readMap(DataInputStream dataInput) { 
 
    try { 
      // 读出码表的长度 
      int size_Map = dataInput.readInt(); 
       
      for (int i = 0; i < size_Map; i++) { 
 int data = dataInput.readInt();// 读入字节信息 
 String str = "";// 哈夫曼编码 
 // 哈夫曼编码长度,存储时以字符写入 
 byte codeSize = dataInput.readByte(); 
 for (byte j = 0; j < codeSize; j++) { 
   str += dataInput.readChar(); 
 } 
 System.out.println("&&&&&&&&&&>>>>"+data+"!!!!!!!>>"+str); 
 code_Map.put(data, str); 
      } 
       
    } catch (IOException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
 
   
  private void readFile() { 
    try { 
      // 文件输入流 
      InputStream input = new FileInputStream("F:\JAVA\压缩后.txt"); 
      // BufferedInputStream bIn = new BufferedInputStream(input); 
      DataInputStream dInput = new DataInputStream(input); 
      // 调用读出码表的方法 
      this.readMap(dInput); 
      byte zerofill = dInput.readByte();// 读出文件补零个数 
      System.out.println("补零个数》》》>>>>"+zerofill); 
      // 文件输出流 
      OutputStream out = new FileOutputStream("F:\JAVA\解压后.txt"); 

      String transString = "";//接收用于匹配码表中哈夫曼编码的字符串 
      String waiteString = "";//接收截取哈夫曼编码后剩余的字符串 

       
      int readCode = input.read();//从压缩文件中读出一个数据 
      int size = input.available(); 
      for(int j=0; j<=size; j++){ 
 System.out.println("readCodereadCodereadCode》》>>>>"+readCode); 
 waiteString += this.changeIntToBinaryString(readCode);//将读到的整数转化为01字符串 
 for(int i=0; i list = new ArrayList(); 
//     while(-1 != readCode){ 
//String str = this.changeIntToBinaryString(readCode); 
//for(int i=0; i set = code_Map.keySet(); 
    Iterator p = set.iterator(); 
    while (p.hasNext()) { 
      Integer key = p.next();//获得码表中的字节数据 
      String hfmCode = code_Map.get(key);//获得哈夫曼编码 
      if(hfmCode.equals(str)){ 
 out.write(key); 
 return true; 
      } 
    } 
    return false; 
  } 
   
  private String changeIntToBinaryString(int a) { 
    int b = a; 
    int count = 0; //记录 a 可转化为01串的个数,在不够8为时便于补零 
    String str = "";// 逆序二进制字符串 
    String exmpStr = "";// 顺序二进制字符串 
 
    while (a != 0) { 
      b = a/2; 
      if (a % 2 != 0) { 
 str += 1; 
      } else { 
 str += 0; 
      } 
      a = b; 
      count++; 
    } 
    //不够8位的地方补零 
    for (int i = 0; i < 8 - count; i++) { 
      str += 0; 
    } 
    //将转化后的二进制字符串正序 
    for (int j = 7; j >= 0; j--) { 
      System.out.print(str.charAt(j)); 
      exmpStr += str.charAt(j); 
    } 
    System.out.println("转化后的字符串>>>>>>>>>"+exmpStr); 
    return exmpStr; 
  } 
} 

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