霍夫曼编码表
霍夫曼编码原理(一)
霍夫曼编码原理(一)霍夫曼编码–信息压缩的艺术介绍•什么是霍夫曼编码？•为什么需要进行信息压缩？霍夫曼树•霍夫曼树的定义•构建霍夫曼树的步骤•霍夫曼树的特点霍夫曼编码的原理•比特位的表示•无冗余编码•可译性和前缀性•前缀码的最优性构建霍夫曼编码表•统计字符频率•构建霍夫曼树•生成霍夫曼编码表霍夫曼编码的应用•文本文件压缩•图像文件压缩总结•霍夫曼编码的优点•霍夫曼编码的局限性•霍夫曼编码的未来发展霍夫曼编码是一种常用的信息压缩技术，通过构建霍夫曼树和编码表，将原始数据转化为二进制码，从而实现对信息的高效压缩。
在构建霍夫曼树的过程中，每个数据被看作一个节点，根据频率构建一个树形结构。
构建霍夫曼树的步骤包括：选择频率最低的两个节点，合并为一个新节点，然后将该新节点放回原来的节点集合中，并按照频率进行排序，重复该过程直到只剩下一个节点为止。
霍夫曼树的特点是，频率越高的节点越靠近根节点，频率越低的节点越接近树的边缘。
霍夫曼编码的原理是基于比特位的表示和无冗余编码。
通过对每个字符进行编码，将字符映射为对应的二进制码。
此外，霍夫曼编码还满足可译性和前缀性的要求，即每个编码都是不会引起歧义的，且任意一个编码都不是另一个编码的前缀。
构建霍夫曼编码表的过程包括统计字符的频率、构建霍夫曼树和生成霍夫曼编码表。
通过统计字符频率，我们可以得到每个字符在文本中出现的次数。
然后，根据字符频率构建霍夫曼树，将频率较低的字符放在树的边缘，频率较高的字符放在根节点附近。
最后，通过霍夫曼树，我们可以生成霍夫曼编码表，将每个字符对应的霍夫曼编码存储起来。
霍夫曼编码广泛应用于文本文件和图像文件的压缩中。
在文本文件压缩过程中，通过对文本中的字符进行编码，可以有效地减少文件的大小。
在图像文件压缩过程中，霍夫曼编码可用于对图像的像素值进行编码，以实现对图像文件的压缩。
综上所述，霍夫曼编码是一种高效的信息压缩技术，具有无冗余、可译性和前缀性的特点。
matlab 霍夫曼编码
matlab 霍夫曼编码一、背景介绍二、霍夫曼编码原理三、matlab实现霍夫曼编码1. 建立霍夫曼树2. 构建编码表3. 压缩文件4. 解压文件四、应用举例一、背景介绍在信息传输和存储中，数据的压缩是一个重要的问题。
其中，霍夫曼编码是一种常用的无损压缩算法，通过对不同字符出现频率进行编码，可以将数据压缩到较小的空间中。
在matlab中，可以通过代码实现对数据的霍夫曼编码。
二、霍夫曼编码原理1. 需要进行压缩的数据由若干个字符组成。
2. 统计每个字符出现的频率，并根据频率构建霍夫曼树。
3. 根据霍夫曼树构建每个字符对应的编码表。
4. 将原始数据中每个字符按照对应的编码表进行编码，并将所有编码拼接为一个字符串。
5. 将字符串转换为二进制数列，并将其写入文件中。
解压时，需要读取二进制数列，并按照相应的编码表进行解码还原原始数据。
三、matlab实现霍夫曼编码1. 建立霍夫曼树在matlab中，可以通过以下代码实现霍夫曼树的构建：```matlabfunction [T, f] = huffmantree(p)n = length(p);f = p;T = zeros(n-1, 3);for i=1:n-1[f, j] = sort(f);T(i, 1:2) = j(1:2);T(i, 3) = f(1) + f(2);f(2) = T(i, 3);end```其中，p为每个字符出现的频率，n为字符数。
函数返回的T为霍夫曼树的结构矩阵，f为每个节点的权值。
2. 构建编码表在得到霍夫曼树之后，可以通过以下代码构建每个字符对应的编码表：```matlabfunction codebook(T)n = size(T, 1) + 1;codebook = cell(n, 2);for i=1:ncodebook{i, 1} = i;endfor i=1:n-1j = T(i, 1:2);for k=1:length(j)codebook{j(k), 2}=[codebook{j(k), 2},num2str(mod(k-1,2))]; if ~isempty(codebook{j(k), 2})codebook{j(k), 3}=[codebook{j(k), 3},i];elsecodebook{j(k), 3}=i;endendend```其中，codebook为编码表，第一列为字符编号，第二列为对应的编码。
二叉树霍夫曼编码
霍夫曼编码（Huffman Coding）是一种可变字长编码（VLC）方法，它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，一般就叫做Huffman编码。
为了实现这种更高效的编码方式，就需要利用一个二叉树的结构来进行辅助编码，这种二叉树即为霍夫曼树，也称作最优二叉树。
具体来说，霍夫曼编码的构建过程如下：
将N个权值作为N个叶子节点，构造一棵二叉树。
通过将权值最小的两个节点构建成一个小二叉树，然后将这个小二叉树链接到另一棵只含一个根节点的小二叉树上，以此构造一棵霍夫曼树。
重复以上步骤，直到所有的节点都被包含在霍夫曼树内。
在构建霍夫曼树的过程中，为了使编码的平均长度最小，权值大的节点使用较短的路径，而权值小的节点使用较长的路径。
霍夫曼编码是通过对霍夫曼树的叶子节点进行遍历来获得的，从根节点到每个叶子节点的路径可以看作一种编码，具有最小权值的叶子节点的路径将被赋予0，而其他路径则被赋予1。
总的来说，霍夫曼编码是基于霍夫曼树的一种非常有效的编码方法，它能够实现对字符的平均长度最短的编码，广泛应用于数据压缩等领域。
二元霍夫曼编码 - 信息论与编码实验报告
计算机与信息工程学院综合性实验报告一、实验目的根据霍夫曼编码的原理，用MATLAB设计进行霍夫曼编码的程序，并得出正确的结果。
二、实验仪器或设备1、一台计算机。
2、MATLAB r2013a。
三、二元霍夫曼编码原理1、将信源消息符号按其出现的概率大小依次排列，p1>p2>…>p q2、取两个概率最小的字母分别配以0和1两个码元，并将这两个概率相加作为一个新字母的概率，从而得到只包含q-1个符号的新信源S1。
3、对重排后的缩减信源S1重新以递减次序排序，两个概率最小符号重复步骤(2)的过程。
4、不断继续上述过程，直到最后两个符号配以0和1为止。
5、从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，即相应的码字。
四、霍夫曼编码实现程序function [outnum]=lml_huffman(a)%主程序，输入一组概率，输出此组概率的霍夫曼编码%a：一组概率值，如a=[0.2 0.3 0.1 0.4]等%outnum：输出的霍夫曼码，以cell中的字符数组表示if sum(a)~=1warning('输入概率之和不为“1”，但程序仍将继续运行')end[cho,sequ,i,l]=probality(a);global lmlcode %用于输出霍夫曼码，定义为cell型global cellnum %用于编码的累加计算cellnum=1;lmlcode=cell(l,1);j=1; %第一部分add_num=char;[l_add]=addnum(add_num,i,j,l);[output,m]=disgress(sequ,i,j,l,l_add);dealnum(output,m); %在全局变量中输出霍夫曼码j=2; %第二部分[l_add]=addnum(add_num,i,j,l);[output,n]=disgress(sequ,i,j,l,l_add);dealnum(output,n);[outnum]=comset(lmlcode,cho(1,:));%将概率和编码进行关联function [output]=addnum(input,i,j,l)%对概率矩阵中每一行最后两个不为0的数进行编码，即在某个编码后添加0,1或空%输出：% input：输入的某个未完成的编码% (i,j):当前检索目标在sequ矩阵中的位置% l:sequ矩阵的列数%PS: sequ矩阵在此函数中未用到%PS：此函数为编码第一步if j==(l-i)output=[input '0'];else if j==(l-i+1)output=[input '1'];elseoutput=input;endendfunction [ecode]=comset(code,pro)%将概率和编码进行关联%code：已编成的霍夫曼码%pro：输入的一组概率%ecode：最终完成的码l=length(code);ecode=cell(l,2);for i=1:llang(i)=length(code{i});end[a,b]=sort(lang);for i=1:lecode{i,1}=code{b(i)};ecode{i,2}=pro(i);endfunction [final,a]=dealnum(imput,m)%整理并在全局变量中输出已完成的霍夫曼码%输入： imput：程序运算后的生成cell型矩阵% m：标识数%输出： final：整理后的霍夫曼码% a：标识数global lmlcodeglobal cellnumif m==1lmlcode{cellnum}=imput;cellnum=cellnum+1;final='';a='';else if m==2[final1,a1]=dealnum(imput{1,1},imput{1,2});[final2,a2]=dealnum(imput{2,1},imput{2,2});[final3,a3]=dealnum(final1,a1);[final4,a4]=dealnum(final2,a2);final=[final3 final4];a=[a3 a4];elsefinal=imput;a=m;endendfunction [outnum,p]=findsumother(sequ,i,j,l,add_num)%当前检索目标在sequ(i,j)处为非1时的处理程序，即跳转到下一级进行整理%输入： sequ:概率转移矩阵% (i,j):当前检索目标在sequ矩阵中的位置% l:sequ矩阵的列数% add_num：当前进行的编码%输出：（与disgress类同）% outnum：进行霍夫曼编码，用cell型表示% p：标识数j=l-i+2-sequ(i,j);i=i-1;[add_num1]=addnum(add_num,i,j,l);[outnum,p]=disgress(sequ,i,j,l,add_num1);function [outnum1,outnum2,p,q]=findsumis1(sequ,i,j,l,add_num)%当前检索目标在sequ(i,j)处为1时的处理程序，%即对下一级的最小两概率进行求和移位编码整理%输入： sequ:概率转移% (i,j):当前检索目标在sequ矩阵中的位置% l:sequ矩阵的列数% add_num：当前进行的编码%输出：（与disgress类同）% outnum1&[outnum2：进行霍夫曼编码，用cell型表示% p&q：标识数i=i-1;j1=l-i;j2=l-i+1;[add_num1]=addnum(add_num,i,j1,l);[outnum1,p]=disgress(sequ,i,j1,l,add_num1);[add_num2]=addnum(add_num,i,j2,l);[outnum2,q]=disgress(sequ,i,j2,l,add_num2);function [output,m]=disgress(sequ,i,j,l,add_num)%当前检索目标，累加数，输出下一级霍夫曼码及其个数，此函数被调用次数最多%输入：sequ：概率转移矩阵% (i,j)：当前检索目标在sequ矩阵中的位置% l：sequ矩阵的列数% add_num：当前进行的编码%输出：output：进行霍夫曼编码，用cell型表示% m：标识数%PS：此函数为编码第二步if i~=1if sequ(i,j)==1[output1,output2,p,q]=findsumis1(sequ,i,j,l,add_num);output=cell(2);output{1,1}=output1;output{1,2}=p;output{2,1}=output2;output{2,2}=q;m=2;else if sequ(i,j)~=1[output1,p]=findsumother(sequ,i,j,l,add_num);output=output1;m=p;endendelseoutput=add_num;m=1;end五、实验程序实现方法演示若在command window中输入的概率数组为p=[0.1 0.15 0.20 0.25 0.30]使用子函数[output,sequ,i,j]=probality(p)对此组概率进行预处理，处理结果如下图所示：图5.1 概率数据处理过程简图图5.2 对图1中数据的转移方式标示图图2标明了对图1中各数据的位置转移过程。
jpeg的霍夫曼编码
jpeg的霍夫曼编码
霍夫曼编码是一种无损数据压缩算法，其基本原理是利用数据的概率分布来构建最优前缀码，并对数据进行编码。
JPEG图像的霍夫曼编码是图像压缩中的一种常见方法。
在JPEG图像的霍夫曼编码中，首先需要对图像进行分块处理，通常是将图像分成8x8的小块。
然后，对每个小块进行DCT（离散余弦变换）变换，将图像从空间域变换到频率域。
在频率域中，图像的能量主要集中在少数几个系数上，因此可以忽略一些低频系数，从而达到压缩的目的。
在霍夫曼编码中，对每个DCT系数赋予一个二进制码，码字的长度与该系数的概率成反比，即出现概率越高的系数对应的码字越短，而出现概率越低的系数对应的码字越长。
这样，在编码时可以有效地减少数据量，从而达到压缩的目的。
在JPEG图像的霍夫曼编码中，通常会将图像分成多个层次进行编码，每个层次对应不同的压缩比和图像质量。
用户可以根据需要选择不同的层次来获取不同的压缩效果和图像质量。
总的来说，JPEG图像的霍夫曼编码是一种有效的图像压缩方法，能够有效地减少数据量，同时保持较高的图像质量。
霍夫曼编码及其应用
毕业设计（论文）题目：霍夫曼编码及其应用学院：数理学院专业名称：信息与计算科学学号： 0741210246学生姓名：张浩指导教师：韩海清2011 年 4 月 20 日摘要本文首先对二元霍夫曼编码进行了细致研究，并对其算法进行扩展，得到了适用于多元霍夫曼编码的算法。
然后，对霍夫曼编码的前缀性，最优性进行了证明。
最后实现了霍夫曼编码在决策论中应用。
关键词码；熵；霍夫曼编码；决策树ABSTRACTThis paper first studied binary Huffman coding, and conducted a detailed study on its algorithm suitable for expansion, get multiple Huffman coding algorithm. Meanwhile, Huffman coding prefix sex, optimality proved. Finally realized Huffman coding applied in rigorous.KEYWORDSThe Coding； The Entropy； Huffman Coding； Decision tree目录第一章引言 (4)第二章主要概念 (5)2.1香农三大定理 (5)2.1.1香农第一定理(可变长无失真信源编码定理) (5)2.1.2香农第二定理（有噪信道编码定理） (5)2.1.3香农第三定理（保失真度准则下的有失真信源编码定理） (5)2.2霍夫曼编码 (6)第三章二元霍夫曼编码及其算法 (6)第四章一般霍夫曼编码及其算法 (8)第五章霍夫曼编码的性能分析 (12)5.1霍夫曼编码的前缀性 (12)5.2霍夫曼编码的最优性定理 (13)第六章霍夫曼编码的应用 (13)第七章总结与展望 (16)参考文献 (17)附录1 (18)致谢 (30)第一章引言1948年，美国数学家香农（C.E.Shannon）在《贝尔系统电话杂志》发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文。
霍夫曼编码简介
霍夫曼编码简介霍夫曼编码是一种被广泛应用而且非常有效的数据压缩技术，根据待压缩数据的特征，一个可压缩掉20%~90%。
这里考虑的数据指的是字符串序列。
要理解霍夫曼编码，先要理解霍夫曼树，即最优二叉树，是一类带权路径长度最短的树。
霍夫曼（Huffman）编码是1952年为文本文件而建立，是一种统计编码。
属于无损压缩编码。
霍夫曼编码的码长是变化的，对于出现频率高的信息，编码的长度较短；而对于出现频率低的信息，编码长度较长。
这样，处理全部信息的总码长一定小于实际信息的符号长度。
在计算机数据处理中，霍夫曼编码使用变长编码表对源符号（如文件中的一个字母）进行编码，其中变长编码表是通过一种评估来源符号出现机率的方法得到的，出现机率高的字母使用较短的编码，反之出现机率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均长度、期望值降低，从而达到无损压缩数据的目的。
路径是指从树中一个结点到另一个结点之间的通路，路径上的分支数目称为路径长度。
树的路径长度是从树根到每一个叶子之间的路径长度之和。
结点的带权路径长度为从该结点到树根之间的路径长度与该结点权的乘积，树的带权路径长度为树中所有叶子结点的带权路径长度之和.霍夫曼树是指所有叶子结点的二叉树中带权路径长度最小的二叉树.当给定了n个叶子结点的权值后，构造出的最优二叉树的结点数目m就确定了，即m=2n-1,所以可用一维结构树组来存储最优二叉树霍夫曼（Huffman）编码属于码词长度可变的编码类，是霍夫曼在1952年提出的一种编码方法，即从下到上的编码方法。
同其他码词长度可变的编码一样，可区别的不同码词的生成是基于不同符号出现的不同概率。
生成霍夫曼编码算法基于一种称为“编码树”（coding tree）的技术。
算法步骤如下：（1）初始化，根据符号概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序。
（2）把概率最小的两个符号组成一个新符号（节点），即新符号的概率等于这两个符号概率之和。
霍夫曼编码代码
霍夫曼编码代码简介霍夫曼编码是一种常用的无损数据压缩算法，广泛应用于数据传输和存储中。
它通过构建一棵霍夫曼树，将出现频率较高的字符用较少的二进制位表示，从而达到压缩数据的目的。
本文将详细介绍霍夫曼编码的原理、实现方式以及编写霍夫曼编码的代码示例。
霍夫曼编码原理霍夫曼编码的核心原理是根据字符出现的频率构建一棵霍夫曼树。
树的叶子节点对应字符，叶子节点到根节点的路径上的分支标记为0或1，构成了字符的霍夫曼编码。
编码的规则是，出现频率较高的字符对应的编码较短，而出现频率较低的字符对应的编码较长。
霍夫曼编码的步骤1.统计字符的频率：遍历待压缩的数据，统计每个字符出现的次数。
2.构建霍夫曼树：将字符频率作为权值创建一棵霍夫曼树，其中频率较低的字符位于树的下层。
3.生成霍夫曼编码表：从霍夫曼树的根节点开始，向左走的路径标记为0，向右走的路径标记为1，递归生成每个字符对应的霍夫曼编码。
4.压缩数据：按照生成的编码将原始数据转换成二进制字符串，将字符串转换为字节流保存。
实现霍夫曼编码的关键数据结构在实现霍夫曼编码时，我们需要以下两个关键的数据结构： 1. 霍夫曼树：用于构建霍夫曼编码，其节点包含字符和对应的频率。
2. 霍夫曼编码表：用于存储每个字符对应的编码。
伪代码实现下面是一个简单的伪代码实现霍夫曼编码的例子：# 伪代码实现霍夫曼编码def huffman_encoding(data):# 统计字符频率freq_map = count_frequency(data)# 构建霍夫曼树huffman_tree = build_huffman_tree(freq_map)# 生成霍夫曼编码表huffman_code_table = generate_code_table(huffman_tree)# 压缩数据encoded_data = encode_data(data, huffman_code_table)return encoded_data, huffman_code_table实例演示为了更好理解霍夫曼编码的过程，我们以字符串”hello world”为例进行演示。
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附录二 表1. 传真用的修正霍夫曼编码表 构造码6411011 0000001111 960 011010100 0000001110011 128 10010 000011001000 1024 011010101 0000001110100 192 010111 000011001001 1088 011010110 0000001110101 256 0110111 000001011011 1152 011010111 0000001110110 320 00110110 000000110011 1216 011011000 0000001110111 384 00110111 000000110100 1280 011011001 0000001010010 448 01100100 000000110101 1344 011011010 0000001010011 512 01100101 0000001101100 1448 011011011 0000001010100 576 01101000 0000001101101 1472 010011000 0000001010101 640 01100111 0000001001010 1536 010011001 0000001011010 704 011001100 0000001001011 1600 010011010 0000001011011 768 011001101 0000001001100 1664 011000 0000001100100 832 011010010 0000001001101 1728 010011011 0000001100101 8960110100110000001110010EOL000000000001000000000001结尾码 游程长度 白游程编码 黑游程编码游程长度白游程编码 黑游程编码 0 00110101 0000110111 32 000111011 000001101010 1 000111 010 33 00010010 000001101011 2 0111 11 34 00010011 000011010010 3 1000 10 35 00010100 000011010011 4 1011 011 36 00010101 000011010100 5 1100 0011 37 00010110 000011010101 6 1110 0010 38 00010111 000011010110 7 1111 00011 39 00101000 000011010111 8 10011 000101 40 00101001 000001101100 9 10100 000100 41 00101010 000001101101 10 00111 0000100 42 00101011 000011011010 11 01000 0000101 43 00101100 000011011011 12 001000 0000111 44 00101101 000001010100 13 000011 00000100 45 00000100 000001010101 14 110100 00000111 46 00000101 000001010110 15 110101 000011000 47 00001010 000001010111 16 101010 0000010111 48 00001011 000001100100 17 101011 0000011000 49 01010010 000001100101 18 0100111 0000001000 50 01010011 000001010010 19 0001100 00001100111 51 01010100 000001010011 20 0001000 00001101000 52 01010101 000000100100 21 0010111 00001101100 53 00100100 000000110111 22 0000011 00000110111 54 00100101 000000111000 23 0000100 00000101000 55 01011000 000000100111 24 0101000 00000010111 56 01011001 000000101000 25 0101011 00000011000 57 01011010 000001011000 26 0010011 000011001010 58 01011011 000001011001 27 0100100 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313H 21 345G8阶1 435E 3 567B 5 763D 7 551E 9 675C 11 747H 13 453F 15 727D 17 023 19 545E 21 613D 23 543F 25 433B 27 477B 37 537F43703H 45 471A 51037 85 007 9阶1 1021E 3 1131E 5 G 7 1231A 9 1423G 11 1055E 13 1167 15 1541E 17 1333F 19 1605G 21 1027A 23 1751E 25 1743H 27 1617H 29 1553H 35 1401C 37 1157F 39 1715E 41 1563H 43 1713H 45 1175E 51 1725G 53 1225E 55 1275E 73 0013 75 1773G 77 1511C831425G 85 1267E10阶1 2011E 3 2017B 5 2415E 7 3771G 9 2257B 11 2065A 13 2157F 15 2653B 17 3515G 19 2773F 21 3753D 23 2033F 25 2443F 27 3573D 29 2461E 31 3043D 33 0075C 35 3023H 37 3543F 39 2107B 41 2745E 43 2431E 45 3061C 47 3177H 49 3525G 51 2547B 53 2617F 55 3453D 57 3121C 59 3471G 69 2701A 71 3323H 73 3507H 75 2437B 77 2413B 83 3623H 85 2707E 87 2311A 89 2327F 91 3265G 93 3777D 99 0067 101 2055E 103 3575G 105 3607C 107 3171G 109 2047F 1472355A 149 3025G 1552251A 16500511713315C1733337H1793211G3410007注：多项式各项的系数以八进制数的形式给出，变为二进制数就是多项式各项的系数。