在何种情况下，哈夫曼编码与行程编码哪个算法压缩比例更大

如何计算Huffman编码的编码效率和压缩比？~

赫夫曼编码的具体方法：先按出现的概率大小排队，把两个最小的概率相加，作为新的概率 和剩余的概率重新排队，再把最小的两个概率相加，再重新排队，直到最后变成1。每次相 加时都将“0”和“1”赋与相加的两个概率，读出时由该符号开始一直走到最后的“1”， 将路线上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好，就是该符号的赫夫曼编码。
例如a7从左至右，由U至U″″，其码字为1000；
a6按路线将所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好，其码字为1001…
用赫夫曼编码所得的平均比特率为：Σ码长×出现概率
上例为：0.2×2+0.19×2+0.18×3+0.17×3+0.15×3+0.1×4+0.01×4=2.72 bit
可以算出本例的信源熵为2.61bit，二者已经是很接近了。
哈夫曼编码进行压缩的压缩率是根据平均码长来计算的，压缩率比较低。例如：用三位二进行数进行的等长编dao码平均长度为3，而根据哈夫曼树编码的平均码长为：
4*0.07+2*0.19+5*0.02+4*0.06+2*0.32+5*0.03+2*0.21+4*0.10=2.61
2.61/3=0.87=87%
其平均码长是等长码的87%，所以平均压缩率为13%。

扩展资料：

霍夫曼编码的基本方法先对图像数据扫描一遍，计算出各种像素出现的概率，按概率的大小指定不同长度的唯一码字，由此得到一张该图像的霍夫曼码表。编码后的图像数据记录的是每个像素的码字，而码字与实际像素值的对应关系记录在码表中。
赫夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种。 Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长 度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就称Huffman编码。下面引证一个定理，该定理保证了按字符出现概率分配码长，可使平均码长最短。
参考资料来源：百度百科-哈夫曼编码
参考资料来源：百度百科-压缩率

压缩代码非常简单，首先用ASCII值初始化511个哈夫曼节点：
CHuffmanNode nodes[511];
for(int nCount = 0; nCount < 256; nCount++)
nodes[nCount].byAscii = nCount;
然后，计算在输入缓冲区数据中，每个ASCII码出现的频率：
for(nCount = 0; nCount < nSrcLen; nCount++)
nodes[pSrc[nCount]].nFrequency++;
然后，根据频率进行排序：
qsort(nodes, 256, sizeof(CHuffmanNode), frequencyCompare);
现在，构造哈夫曼树，获取每个ASCII码对应的位序列：
int nNodeCount = GetHuffmanTree(nodes);
构造哈夫曼树非常简单，将所有的节点放到一个队列中，用一个节点替换两个频率最低的节点，新节点的频率就是这两个节点的频率之和。这样，新节点就是两个被替换节点的父节点了。如此循环，直到队列中只剩一个节点（树根）。
// parent node
pNode = &nodes[nParentNode++];
// pop first child
pNode->pLeft = PopNode(pNodes, nBackNode--, false);
// pop second child
pNode->pRight = PopNode(pNodes, nBackNode--, true);
// adjust parent of the two poped nodes
pNode->pLeft->pParent = pNode->pRight->pParent = pNode;
// adjust parent frequency
pNode->nFrequency = pNode->pLeft->nFrequency + pNode->pRight->nFrequency;
这里我用了一个好的诀窍来避免使用任何队列组件。我先前就直到ASCII码只有256个，但我分配了511个(CHuffmanNode nodes[511])，前255个记录ASCII码，而用后255个记录哈夫曼树中的父节点。并且在构造树的时候只使用一个指针数组(ChuffmanNode *pNodes[256])来指向这些节点。同样使用两个变量来操作队列索引(int nParentNode = nNodeCount;nBackNode = nNodeCount –1)。
接着，压缩的最后一步是将每个ASCII编码写入输出缓冲区中：
int nDesIndex = 0;
// loop to write codes
for(nCount = 0; nCount < nSrcLen; nCount++)
{
*(DWORD*)(pDesPtr+(nDesIndex>>3)) |=
nodes[pSrc[nCount]].dwCode << (nDesIndex&7);
nDesIndex += nodes[pSrc[nCount]].nCodeLength;
}
(nDesIndex>>3): >>3 以8位为界限右移后到达右边字节的前面
(nDesIndex&7): &7 得到最高位.
注意：在压缩缓冲区中，我们必须保存哈夫曼树的节点以及位序列，这样我们才能在解压缩时重新构造哈夫曼树（只需保存ASCII值和对应的位序列）。
解压缩
解压缩比构造哈夫曼树要简单的多，将输入缓冲区中的每个编码用对应的ASCII码逐个替换就可以了。只要记住，这里的输入缓冲区是一个包含每个ASCII值的编码的位流。因此，为了用ASCII值替换编码，我们必须用位流搜索哈夫曼树，直到发现一个叶节点，然后将它的ASCII值添加到输出缓冲区中：
int nDesIndex = 0;
DWORD nCode;
while(nDesIndex < nDesLen)
{
nCode = (*(DWORD*)(pSrc+(nSrcIndex>>3)))>>(nSrcIndex&7);
pNode = pRoot;
while(pNode->pLeft)
{
pNode = (nCode&1) ? pNode->pRight : pNode->pLeft;
nCode >>= 1;
nSrcIndex++;
}
pDes[nDesIndex++] = pNode->byAscii;
}
过程
#include
#include
#include
#include
#include
#define M 10
typedef struct Fano_Node
{
char ch;
float weight;
}FanoNode[M];
typedef struct node
{
int start;
int end;
struct node *next;
}LinkQueueNode;
typedef struct
{
LinkQueueNode *front;
LinkQueueNode *rear;
}LinkQueue;
void EnterQueue(LinkQueue *q,int s,int e)
{
LinkQueueNode *NewNode;
NewNode=(LinkQueueNode *)malloc(sizeof(LinkQueueNode));
if(NewNode!=NULL)
{
NewNode->start=s;
NewNode->end=e;
NewNode->next=NULL;
q->rear->next=NewNode;
q->rear=NewNode;
}
else printf("Error!");
}
//***按权分组***//
void Divide(FanoNode f,int s,int *m,int e)
{
int i;
float sum,sum1;
sum=0;
for(i=s;i<=e;i++)
sum+=f.weight;
*m=s;
sum1=0;
for(i=s;i<e;i++)
{
sum1+=f.weight;
*m=fabs(sum-2*sum1)>fabs(sum-2*sum1-2*f.weight)?(i+1):*m;
if(*m==i)
break;
}
}
main()
{
int i,j,n,max,m,h[M];
int sta,mid,end;
float w;
char c,fc[M][M];
FanoNode FN;
LinkQueueNode *p;
LinkQueue *Q;
//***初始化队Q***//
Q->front=(LinkQueueNode *)malloc(sizeof(LinkQueueNode));
Q->rear=Q->front;
Q->front->next=NULL;
printf("***FanoCoding***
");
printf("Please input the number of node:"); /*输入信息*/
scanf("%d",&n);
i=1;
while(i<=n)
{
printf("%d weight and node:",i);
scanf("%f %c",&FN.weight,&FN.ch);
for(j=1;j<i;j++)
{
if(FN.ch==FN[j].ch)
{
printf("Same node!!!
");
break;
}
}
if(i==j)
i++;
}
for(i=1;i<=n;i++) /*排序*/
{
max=i+1;
for(j=max;j<=n;j++)
max=FN[max].weight<FN[j].weight?j:max;
if(FN.weight<FN[max].weight)
{
w=FN.weight;
FN.weight=FN[max].weight;
FN[max].weight=w;
c=FN.ch;
FN.ch=FN[max].ch;
FN[max].ch=c;
}
}
for(i=1;i<=n;i++) /*初始化h*/
h=0;
EnterQueue(Q,1,n); /*1和n进队*/
while(Q->front->next!=NULL)
{
p=Q->front->next; /*出队*/
Q->front->next=p->next;
if(p==Q->rear)
Q->rear=Q->front;
sta=p->start;
end=p->end;
free(p);
Divide(FN,sta,&m,end); /*按权分组*/
for(i=sta;i<=m;i++)
{
fc[h]='0';
h++;
}
if(sta!=m)
EnterQueue(Q,sta,m);
else
fc[sta][h[sta]]='\0';
for(i=m+1;i<=end;i++)
{
fc[h]='1';
h++;
}
if(m==sta&&(m+1)==end) //如果分组后首元素的下标与中间元素的相等，
{ //并且和最后元素的下标相差为1，则编码码字字符串结束
fc[m][h[m]]='\0';
fc[end][h[end]]='\0';
}
else
EnterQueue(Q,m+1,end);
}
for(i=1;i<=n;i++) /*打印编码信息*/
{
printf("%c:",FN.ch);
printf("%s
",fc);
}
system("pause");
}
#include
#include
#include
#include
#define N 100
#define M 2*N-1
typedef char * HuffmanCode[2*M];
typedef struct
{
char weight;
int parent;
int LChild;
int RChild;
}HTNode,Huffman[M+1];
typedef struct Node
{
int weight; /*叶子结点的权值*/
char c; /*叶子结点*/
int num; /*叶子结点的二进制码的长度*/
}WNode,WeightNode[N];
/***产生叶子结点的字符和权值***/
void CreateWeight(char ch[],int *s,WeightNode *CW,int *p)
{
int i,j,k;
int tag;
*p=0;
for(i=0;ch!='\0';i++)
{
tag=1;
for(j=0;j<i;j++)
if(ch[j]==ch)
{
tag=0;
break;
}
if(tag)
{
(*CW)[++*p].c=ch;
(*CW)[*p].weight=1;
for(k=i+1;ch[k]!='\0';k++)
if(ch==ch[k])
(*CW)[*p].weight++;
}
}
*s=i;
}
/********创建HuffmanTree********/
void CreateHuffmanTree(Huffman *ht,WeightNode w,int n)
{
int i,j;
int s1,s2;
for(i=1;i<=n;i++)
{
(*ht).weight =w.weight;
(*ht).parent=0;
(*ht).LChild=0;
(*ht).RChild=0;
}
for(i=n+1;i<=2*n-1;i++)
{
(*ht).weight=0;
(*ht).parent=0;
(*ht).LChild=0;
(*ht).parent=0;
}
for(i=n+1;i<=2*n-1;i++)
{
for(j=1;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
break;
s1=j; /*找到第一个双亲不为零的结点*/
for(;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
s1=(*ht)[s1].weight>(*ht)[j].weight?j:s1;
(*ht)[s1].parent=i;
(*ht).LChild=s1;
for(j=1;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
break;
s2=j; /*找到第一个双亲不为零的结点*/
for(;j<=i-1;j++)
if(!(*ht)[j].parent)
s2=(*ht)[s2].weight>(*ht)[j].weight?j:s2;
(*ht)[s2].parent=i;
(*ht).RChild=s2;
(*ht).weight=(*ht)[s1].weight+(*ht)[s2].weight;
}
}
/***********叶子结点的编码***********/
void CrtHuffmanNodeCode(Huffman ht,char ch[],HuffmanCode *h,WeightNode *weight,int m,int n)
{
int i,j,k,c,p,start;
char *cd;
cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));
cd[n-1]='\0';
for(i=1;i<=n;i++)
{
start=n-1;
c=i;
p=ht.parent;
while(p)
{
start--;
if(ht[p].LChild==c)
cd[start]='0';
else
cd[start]='1';
c=p;
p=ht[p].parent;
}
(*weight).num=n-start;
(*h)=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));
p=-1;
strcpy((*h),&cd[start]);
}
system("pause");
}
/*********所有字符的编码*********/
void CrtHuffmanCode(char ch[],HuffmanCode h,HuffmanCode *hc,WeightNode weight,int n,int m)
{
int i,j,k;
for(i=0;i<m;i++)
{
for(k=1;k<=n;k++) /*从(*weight)[k].c中查找与ch相等的下标K*/
if(ch==weight[k].c)
break;
(*hc)=(char *)malloc((weight[k].num+1)*sizeof(char));
for(j=0;j<=weight[k].num;j++)
(*hc)[j]=h[k][j];
}
}
/*****解码*****/
void TrsHuffmanTree(Huffman ht,WeightNode w,HuffmanCode hc,int n,int m)
{
int i=0,j,p;
printf("***StringInformation***
");
while(i<m)
{
p=2*n-1;
for(j=0;hc[j]!='\0';j++)
{
if(hc[j]=='0')
p=ht[p].LChild;
else
p=ht[p].RChild;
}
printf("%c",w[p].c); /*打印原信息*/
i++;
}
}
main()
{
int i,n,m,s1,s2,j; /*n为叶子结点的个数*/
char ch[N],w[N]; /*ch[N]存放输入的字符串*/
Huffman ht; /*二叉数 */
HuffmanCode h,hc; /* h存放叶子结点的编码，hc 存放所有结点的编码*/
WeightNode weight; /*存放叶子结点的信息*/
printf("***HuffmanCoding***
");
printf("please input information :");
gets(ch); /*输入字符串*/
CreateWeight(ch,&m,&weight,&n); /*产生叶子结点信息，m为字符串ch[]的长度*/
printf("***WeightInformation***
Node "); /*输出叶子结点的字符与权值*/
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%c ",weight.c);
printf("
Weight ");
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%d ",weight.weight);
CreateHuffmanTree(&ht,weight,n); /*产生Huffman树*/
printf("
***HuffamnTreeInformation***
");
for(i=1;i<=2*n-1;i++) /*打印Huffman树的信息*/
printf("%d %d %d %d
",i,ht.weight,ht.parent,ht.LChild,ht.RChild);
CrtHuffmanNodeCode(ht,ch,&h,&weight,m,n); /*叶子结点的编码*/
printf(" ***NodeCode***
"); /*打印叶子结点的编码*/
for(i=1;i<=n;i++)
{
printf("%c:",weight.c);
printf("%s
",h);
}
CrtHuffmanCode(ch,h,&hc,weight,n,m); /*所有字符的编码*/
printf("***StringCode***
"); /*打印字符串的编码*/
for(i=0;i<m;i++)
printf("%s",hc);
system("pause");
TrsHuffmanTree(ht,weight,hc,n,m); /*解码*/
system("pause");
}

所形成的Huffman编码的码字是不是唯一的，但是可以被指定为唯一的编码效率为“1”大，小的是“0”时，两个最小概率符号赋值。反之也可以。如果两个符号的发生的概率是相等的，排列无论前面是可能的，所以霍夫曼码字的结构不是唯一的，对于相同的信息源，不管如何在上述的顺序安排的，它的平均码字长度是不改变，因此，编码效率是独一无二的。

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甘洛县17650056139： 哈夫曼压缩编码的条件是指什么 - ？
相丁曲奥： 我认为是A吧,因为哈夫曼树是二叉树构造的,一个节点只能分两个分支,要不然是0,否则为1 C,D都可以排除的

甘洛县17650056139： 基于matlab的图像压缩算法有哪些 - ？
相丁曲奥： 基于Matlab实现的经典的图像压缩算法,包括哈夫曼编码,算术编码、字典编码、行程编码-Lempel-zev 编码正交变换编码如DCT、子带编码 粒子、子采样、比特分配、矢量量化.

甘洛县17650056139： 图像压缩编码中常用哪些数学方法 - ？
相丁曲奥： 1. RLE(Run Length Encoding)压缩算法,又称行程编码.2. 哈夫曼编码.3. LZW压缩算法.4. DiscreteCosineTransform(DCT,离散余弦变换)属于变换编码.5. 分形.6. 小波变换.7. 人工神经网络.5,6,7属于较新的方法,这些算法详细的可以看一下相关的文献!

甘洛县17650056139： 下面哪个不属于统计编码(熵编码).A:哈夫曼编码 B:行程编码 C:算术编码 D:子带编码 - ？
相丁曲奥： B 上面那题不是提示 行程编码和熵编码是统一级别的,所以两者不是包含关系

甘洛县17650056139： 什么是哈夫曼算法 - ？
相丁曲奥： 题目的阐述: 以n进制编码方式对一个英文字串中的字符进行编码,每个不同的字符其编码不同.使得由新的编码替代原串后总码长最小,且输入0,1,2,...,n-1构成的数字串后,依照该编码方式可以正确的对译出唯一的英文原串. 如: n=3 英文原...

甘洛县17650056139： 简述哈夫曼树的性质.？
相丁曲奥： 哈 夫 曼 树 2.9 二叉树的应用2.9.1 哈夫曼树及应用 哈夫曼树又称最优树(二叉树),是一类带权路径最短的树.构造这种树的算法最早是由哈夫曼(Huffman)1952年提出,这种树在信息检索中很有用.结点之间的路径长度:从一个结点到另一...

甘洛县17650056139： 哈夫曼压缩算法的内容是什么? - ？
相丁曲奥： 注:哈夫曼和lzss算法不是同一种算法,先用哈夫曼再用lzss算法压缩后会发现经哈夫曼压缩后再用lzss压缩文件会变大,具体原因不明 lzss原理: 把编码位置置于输入数据流的开始位置. 在前向缓冲器中查找窗口中最长的匹配串① pointer :...

甘洛县17650056139： 霍夫曼树和霍夫曼编码trcpy怎么定义 - ？
相丁曲奥： 一、哈夫曼树的概念和定义什么是哈夫曼树?让我们先举一个例子.判定树: 在很多问题的处理过程中,需要进行大量的条件判断,这些判断结构的设计直接影响着程序的执行效率.例如,编制一个程序,将百分制转换成五个等级输出....

甘洛县17650056139： 在什么情况下,等长编码是最优前的编码 - ？
相丁曲奥： 在(平均码长为2.24)情况下,等长编码是最优前的编码.常见的等长编码就是前缀码.所谓最优前缀码是指,平均码长或文件总长最小的前缀编码称为最优的前缀码(这里的平均码长相当于码长的期望值). 变长编码可能使解码产生二义性,而前缀码的出现很好地解决了这个问题.而平均码长相当于二叉树的加权路径长度,从这个意义上说,由哈夫曼树生成的编码一定是最优前缀码,故通常不加区分的将哈夫曼编码也称作最优前缀码. 需要注意的是,由于哈夫曼树建立过程的不唯一性可知,生成的哈夫曼编码也是不唯一的.