霍夫曼树又称为最优二叉树,是一种带权路径长度最短的树,它是贪心算法的典型应用。霍夫曼树在文件压缩、图像编码、通信传输等领域都有广泛的应用。
霍夫曼树的构建过程是:给定集合中n个权值,构造出一颗二叉树,每个权值构成单独的叶子节点,树的带权路径长度最小。
举个例子,假设有4个权值w1、w2、w3、w4,对应的权重为1、2、3、6。我们可以按如下的步骤构造霍夫曼树:
- 将所有权值看成一棵有4个叶子节点的二叉树,根据权值的大小将它们分别记为A、B、C、D。
- 在这4个二叉树中,挑选出权值最小的两棵二叉树(也就是1和2),将它们合并成一棵新的二叉树。新的二叉树的根节点记为E,左右子树分别为A、B。
- 重复步骤2,将权值最小的两棵二叉树合并,直到最后得到一棵新的二叉树,作为霍夫曼树。
将霍夫曼树用于文件压缩时,我们可以将出现频率较高的字符使用较短的编码,而低频字符使用较长的编码,这样可以获得更好的压缩比。图像编码和通信传输领域也是类似的道理。