贪心算法之Huffman Code——来自Sicily

Huffman Code血与泪

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写在前面：

因为上完体育课浑身酸痛

翘了两周的算法课

直到上周我还不以为意

但就在某个天朗气清的下午

我心血来潮打开了算法的课堂Slides

来来回回看了好多遍

但是贪心算法的例题一点都没有看懂

真的

心好痛

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Description

In computer science and information theory, a Huffman code is an optimal prefix code algorithm.

In this exercise, please use Huffman coding to encode a given data.

You should output the number of bits, denoted asB(T), to encode the data:

B(T)=∑f(c)d_T(c),

wheref(c) is the frequency of characterc, and d_T(c) is be the depth of characterc's leaf in the treeT.

Input

The first line is the number of characters n.

The followingn lines, each line gives the characterc and its frequency f(c).

Output

 Output a single numberB(T).

Sample Input

Copy sample input to clipboard

50 51 42 63 24 3

Sample Output

45

Hint

0: 01

1: 00

2: 11

3: 100

4: 101

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题目分析：

（1）对于给出的n组输入，进行霍夫曼编码；

获得每个character的Depth，利用公式B(T)=∑f(c)d_T(c)；

即 频数xDepth 得到输出；

（2）所要解决的问题有两个：一、如何创建Huffman Tree；二、如何从Huffman Tree中得到它的Depth；

（3）通过创建优先队列（优先队列按照从小到大的方式进行排序）的方法来代替Huffman树数据结构的创建；

当优先队列中只有一个node时，结果为0；

当优先队列中node数目> 1时，进行如下操作：

每一次选择其中frequency最小的两个数相加；

创建一个新结点，并将两个数相加得到的结果push进优先队列里

直到优先队列中只有一个node为止

（4）对Huffman Tree 中Depth的求解可以采用不求得元素在HuffmanTree中的Depth来求得；

以character 3（frequency = 2）为例，它的Huffman code 为100，因此需要3x2 = 6来获得number of bits，但是可以从另外一个角度来设想，3x2=2+2+2，即将乘法转换为加法，详见代码。

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Solution to Question one:

struct HuffmanNode//创建Huffman Node的结构体，并进行初始化

{    char data;    int frequency;    HuffmanNode *left, *right;    HuffmanNode():data(0), frequency(0), left(NULL), right(NULL){}};struct cmp//自定义比较函数

{    bool operator()(HuffmanNode* a, HuffmanNode* b)    {        return a->frequency > b->frequency;    }};

    priority_queue<HuffmanNode*, vector<HuffmanNode*>, cmp>q;//创建优先队列    for(int i = 0; i < n; i++)    {        HuffmanNode* h = new HuffmanNode;        //HuffmanNode* h = (HuffmanNde*)malloc(sizeof(HuffmanNode));        cin >> ch >> f;        h->ch = ch;        h->frequency = f;        q.push(h);    }

Solution to Question two：

    int res=0;//frequency和    while(q.size() > 1)    {        HuffmanNode* temp1 = new HuffmanNode;        temp1 = q.top();        q.pop();        HuffmanNode* temp2 = new HuffmanNode;        temp2 = q.top();        q.pop();                HuffmanNode* temp = new HuffmanNode;        temp->frequency = temp1->frequency + temp2->frequency;        temp->left = temp1;        temp->right = temp2;                res += temp1->frequency + temp2->frequency;            q.push(temp);    }