java huffman

Author: pihel

algorithms/Huffman.java

@@ -0,0 +1,210 @@
+package algorithms;
+
+import java.io.*;
+import java.util.*;
+
+//очередь с приоритетами
+class PriorQueue<T extends Comparable> {
+	//на основе обычного ссылочного массива
+	ArrayList<T> arr = new ArrayList<T>();
+	
+	//добавляем в конец = O(1)
+	public void add(T obj) {
+		arr.add(obj);
+	}// add
+	
+	//извлекаем наименьший элемент = O(N)
+	public T get() {
+		if (arr.size() == 0)
+			return null;
+		
+		//ищем наименьший элемент
+		T prior = arr.get(0);
+		for (int i = 1; i < arr.size(); i++) {
+			if (arr.get(i).compareTo(prior) < 0) {
+				prior = arr.get(i);
+			}
+		}
+		//найденный элемент удаляем
+		arr.remove(prior);
+		
+		return prior;
+	}// add
+	
+	public int size() {
+		return arr.size();
+	}
+} // PriorQueue
+
+public class Huffman {
+	//вершина дерева - вверху (наименьший путь) популярные записи, внизу редкие
+	Node root;
+	
+	//таблицы соответствия = буква - битовая карта
+	// [буква] = бинарный код
+	String codeTable_in[] = new String[256];
+	// [бинарный код] = буква
+	HashMap<String, Character> codeTable_out = new HashMap<String, Character>();
+	
+	public Huffman(Node r) {
+		this.root = r;
+	}
+	
+	//ветвь дерева 
+	static class Node implements Comparable<Node> {
+		//буква
+		public Character ch;
+		//частота символа
+		public Integer freq;
+		//ветви ниже
+		public Node left;
+		public Node right;
+		
+		public Node(Character c, Integer f) {
+			this.ch = c;
+			this.freq = f;
+		} // Node
+		
+		public Node(Node l, Node r) {
+			//частота родителя = сумме частоты детей
+			this.freq = l.freq + r.freq;
+			this.left = l;
+			this.right = r;
+		} // Node
+		
+		@Override
+		public int compareTo(Node h) {
+			return this.freq - h.freq;
+		} // compareTo
+		
+		public void dump(Huffman parrent) {
+			if (this.left != null)
+				this.left.dump(parrent);
+			if (this.ch != null) {
+				String pout = this.ch + " (" + this.freq + ")";
+				if (parrent != null) {
+					pout = pout + " = " + parrent.codeTable_in[(char) this.ch];
+				}
+				System.out.println(pout);
+			}
+			if (this.right != null)
+				this.right.dump(parrent);
+		} // dump
+	} // node
+	
+	//частота символов в файле
+	public static int[] getFreqFromFile(String file) throws IOException {
+		int[] freq = new int[256];
+		BufferedReader br = new BufferedReader(
+				new FileReader(file));
+		try {
+			String line = br.readLine();
+			while (line != null) {
+				for (char c : line.toCharArray()) {
+					//если это необходимые символы
+					if (c > 0 && c < 256) {
+						//увеличиваем счетчик кол-ва символов
+						freq[c]++;
+					}
+				}
+				line = br.readLine();
+			}
+		} finally {
+			br.close();
+		}
+		return freq;
+	} // getFreqFromFile
+	
+	//создаем таблицу соответствия буква - сжатая битовая карта
+	public void makeCodeTable() {
+		//прямая карта
+		makeCodeTableIn(this.root, "");
+		//обратая карта
+		for (int i = 0; i < this.codeTable_in.length; i++) {
+			codeTable_out.put(this.codeTable_in[(char) i], (char) i);
+		}
+	} // makeCodeTableIn
+	
+	protected void makeCodeTableIn(Node n, String code) {
+		if (n == null)
+			return;
+		if (n.ch != null) {
+			this.codeTable_in[(char) n.ch] = code;
+		}
+		//при переходе ниже левее увеличиваем битовую карту на 0 справа
+		this.makeCodeTableIn(n.left, code + "0");
+		//при перехода направо ниже увеличиваем битовую карту на 1 справа
+		this.makeCodeTableIn(n.right, code + "1");
+	} // makeCodeTableIn
+	
+	//сжатие текста
+	public String compress(String txt) {
+		String result = new String();
+		
+		//проходимся по каждому символу текста
+		for (int i = 0; i < txt.length(); i++) {
+			//если символ есть в таблице преобразования
+			if (txt.charAt(i) < 256 && this.codeTable_in[txt.charAt(i)] != null) {
+				result = result + this.codeTable_in[txt.charAt(i)];
+			} else {
+				//если нет, то просто вставляем символ
+				result = result + txt.charAt(i);
+			}
+		}
+		return result;
+	} // compress
+	
+	//разжатие текста
+	public String decompress(String txt) {
+		String result = new String();
+		String buf = "";
+		
+		//обходим каждый бит
+		for (int i = 0; i < txt.length(); i++) {
+			//накапливаем буфер битов
+			buf = buf + txt.charAt(i);
+			
+			//если буфер есть в таблице соответствия
+			if (codeTable_out.containsKey(buf)) {
+				//берем из таблицы и сбрасываем буфер
+				result = result + codeTable_out.get(buf);
+				buf = "";
+			} else if (txt.charAt(i) >= 256 || this.codeTable_in[txt.charAt(i)] == null) {
+				// нет в таблице преобразования - выдаем как есть
+				result = result + txt.charAt(i);
+				buf = "";
+			}
+		}
+		result = result + buf;
+		return result;
+	} // compress
+	
+	public void dump() {
+		this.root.dump(this);
+	} // dump
+	
+	public static void main(String[] args) throws IOException {
+		int[] freq = getFreqFromFile("C:\\Users\\007\\Google Диск\\info\\blog-02-17-2017.xml");
+		PriorQueue<Node> pq = new PriorQueue();
+		for (int i = 0; i < freq.length; i++) {
+			if (freq[i] > 0) {
+				pq.add(new Node((char) i, freq[i]));
+			}
+		}
+		while (pq.size() > 1) {
+			Node l = pq.get();
+			Node r = pq.get();
+			pq.add(new Node(l, r));
+		}
+		
+		Huffman h = new Huffman(pq.get());
+		h.makeCodeTable();
+		String test_string = "abcdeя f`d";
+		String compr_string = h.compress(test_string);
+		String decompr_string = h.decompress(compr_string);
+		System.out.println(test_string);
+		System.out.println(compr_string);
+		System.out.println(decompr_string);
+		// h.dump();
+	} // main
+} // Huffman