哈夫曼树(Huffman Tree)是一种带权路径长度最短的二叉树,也称为最优二叉树或最优前缀编码树,在数据压缩和编码领域有广泛应用,下面将详细解释存储结构HT的终结状态:
哈夫曼树的存储结构HT通常是一个数组,用于表示构造过程中的节点信息,每个节点包含以下信息:
1、权重:节点的权重,用于选择最小权重的节点进行合并。
2、父节点:指向该节点的父节点。
3、左孩子:指向该节点的左孩子节点。
4、右孩子:指向该节点的右孩子节点。
当哈夫曼树构造完成时,存储结构HT达到终结状态,具有以下特点:
1、只有一个根节点:在终结状态下,HT中只剩下一个根节点,它是整个哈夫曼树的唯一入口点,这个根节点的左右孩子分别指向最初的两个最小权重节点,这两个节点是合并过程中最后被合并的节点。
2、n个叶子节点:除了根节点外,HT中还有n个叶子节点,每个叶子节点对应一个字符及其权重,这些叶子节点是哈夫曼树的终端节点,不再有孩子节点。
3、满二叉树:在终结状态下,哈夫曼树是一棵满二叉树,即每个节点要么有两个子节点,要么是叶子节点,这是由哈夫曼树的构造过程决定的,每次合并都会产生一个新的内部节点,直到所有字符都被合并到树中。
4、路径长度之和最小:哈夫曼树的一个重要性质是其带权路径长度(WPL)最小,在终结状态下,从根节点到每个叶子节点的路径长度之和达到最小值,这意味着使用哈夫曼树进行编码可以得到最短的编码长度,从而实现数据压缩的目的。
假设有5个字符a、b、c、d、e,它们的权重分别为5、9、12、13、16,根据这些权重构造哈夫曼树的过程如下:
1、初始化:将每个字符作为一个叶子节点,共5个节点。
2、第一次合并:选择权重最小的两个节点a(5)和b(9)进行合并,得到新节点ab(14),此时HT中有4个节点。
3、第二次合并:选择权重次小的两个节点c(12)和ab(14)进行合并,得到新节点cab(26),此时HT中有3个节点。
4、第三次合并:选择权重次小的两个节点d(13)和cab(26)进行合并,得到新节点dca(39),此时HT中有2个节点。
5、第四次合并:最后将剩下的两个节点e(16)和dca(39)合并,得到根节点edca(55),此时HT中只有1个节点,即根节点。
最终得到的哈夫曼树存储结构HT的终结状态如下表所示:
字符 | 权重 | 父节点 | 左孩子 | 右孩子 |
e | 16 | -1 | -1 | -1 |
d | 13 | -1 | -1 | -1 |
c | 12 | -1 | -1 | -1 |
b | 9 | -1 | -1 | -1 |
a | 5 | -1 | -1 | -1 |
edca | 55 | -1 | 0 | 1 |
edca是根节点,它的左右孩子分别是e和dca,dca的左右孩子分别是d和cab,以此类推。