花了很长时间写的哈夫曼压缩，终于完成了，在介绍写哈夫曼压缩软件之前，先给大家普及一些小知识。
1、什么是哈夫曼编码？
哈夫曼编码(Huffman Coding)是一种编码方式，哈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，一般就叫作Huffman编码。
2、什么是哈夫曼树？
哈夫曼树又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度（若根结点为0层，叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数）。树的带权路径长度记为WPL=(W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln)，N个权值Wi(i=1,2,...n)构成一棵有N个叶结点的二叉树，相应的叶结点的路径长度为Li(i=1,2,...n)。可以证明哈夫曼树的WPL是最小的。
3、什么是压缩软件？
压缩软件是利用算法将文件有损或无损地处理，以达到保留最多文件信息，而令文件体积变小的应用软件。压缩软件一般同时具有解压缩的功能。压缩软件的的基本原理是查找文件内的重复字节,并建立一个相同字节的"词典"文件,并用一个代码表示,比如在文件里有几处有一个相同的词"中华人民共和国"用一个代码表示并写入"词典"文件,这样就可以达到缩小文件的目的。常见的压缩软件有WinRAR ,好压(Haozip),WinZip,7-Zip,WinMount,Peazip等等。
5、什么是哈夫曼压缩？
哈夫曼压缩是个无损的压缩算法，一般用来压缩文本和程序文件。哈夫曼压缩属于可变代码长度算法一族。意思是个体符号（例如，文本文件中的字符）用一个特定长度的位序列替代。因此，在文件中出现频率高的符号，使用短的位序列，而那些很少出现的符号，则用较长的位序列。
6、什么是哈夫曼算法？
Huffman算法是一种基于统计的压缩方法。它的本质就是对文本文件中的字符进行重新编码，对于使用频率越高的字符，其编码也越短。但是任何2个字符的编码， 是不能出现向前包含的。也就是说字符A(假设为00)的编码的前段，不可能为字符B（则B的编码不可能为001，因为这里B的编码中包含了A的前段00，这会给解码难带来不必要的困难，所以这是不允许的）的编码。经过编码后的文本文件，主要包含2个部分：Huffman码表部分和压缩内容部分。解压缩的时候，先把Huffman码表取出来，然后对压缩内容部分各个字符进行逐一解码,形成源文件。
哈夫曼编码生成步骤：
①扫描要压缩的文件，对字符出现的频率进行计算。
②把字符按出现的频率进行排序，组成一个队列。
③把出现频率最低（权值）的两个字符作为叶子节点，它们的权值之和为根节点组成一棵树。
④把上面叶子节点的两个字符从队列中移除，并把它们组成的根节点加入到队列。
⑤把队列重新进行排序。重复步骤③④⑤直到队列中只有一个节点为止。
⑥把这棵树上的根节点定义为0（可自行定义0或1）左边为0，右边为1。这样就可以得到每个叶子节点的哈夫曼编码了。
接下来就结束哈夫曼编码的大体编程思想，一个程序最重要的就是思想，要事先把思路和步骤理清楚，才开始编程序，因为哈夫曼压缩涉及的方法很多，所以要编写边测试，做到每写一个方法，保证该方法的正确性，防止以后找不到问题所在。
一、哈夫曼压缩步骤：
①扫描要压缩的文件，对字节出现的频率进行计算统计
/**
* 读取文件统计字符和字符的出现频率
* @param path 要压缩的文件路径
* @throws IOException
*/
public void countWeight(String path) throws IOException{
fis = new FileInputStream(path);
dis=new DataInputStream(fis);
while(dis.available()>0){
int i = dis.read();
byteCount[i]++;//i是字符的ASCII码，数组内容是该字符的出现次数
}
}
②根据字符频率，将字符创建成结点加入到优先队列中，建立哈夫曼树
public void createTree(){
//使用优先队列建立哈夫曼树
PriorityQueue<HfmNode> nodeQueue = new PriorityQueue<HfmNode>();
for(int i=0;i<byteCount.length;i++){
//文件中出现次数不为0的字符,建立哈夫曼结点，存入队列
if(byteCount[i]!=0){
HfmNode node = new HfmNode(i,byteCount[i]);
nodeQueue.add(node);
}
}
③根据优先队列的排序，构建哈夫曼树
while(nodeQueue.size()>1){//当队列中的元素个数大于1
//取得最小的两个,并删除掉
HfmNode min1 = nodeQueue.poll();
HfmNode min2 = nodeQueue.poll();
//建立新的结点
HfmNode result = new HfmNode(0,min1.getCounts()+min2.getCounts());
//设置新结点的左右子结点
result.setlChild(min1);
result.setrChild(min2);
//新结点加入到优先队列中
nodeQueue.add(result);
}
//循环结束后队列中只有一个元素，该元素就是根节点，获取到但不删除
root = nodeQueue.peek();
// System.out.println("根!"+root.toString());
}
④给叶子节点设置编码
public void setCode(HfmNode root,String s){
//如果左右子结点都为空，即为叶子节点
if(root.getlChild()==null&&root.getrChild()==null){
//实例化一个code对象，设置编码和长度
Code huffman_code = new Code();
huffman_code.setCode(s);
//把编码code对象放到SaveCode数组中下标为字符AscII值
SaveCode[root.getAscII()] = huffman_code;
}
//如果左子结点不为空，递归
if(root.getlChild()!=null){
setCode(root.getlChild(),s+'0');
}
//如果右子结点不为空，递归
if(root.getrChild()!=null){
setCode(root.getrChild(),s+'1');
}
}
⑤写入文件头信息，写入的编码是补零后的编码 ， 然后把码表写入文件头信息，还要加上要补零的个数
public void writeHead(String destPath) throws IOException{
fos = new FileOutputStream(destPath);
dos=new DataOutputStream(fos);
//统计文件总共用到的字符总数，即编码个数
int codeNum = 0;
for(int i=0;i<256;i++){
if(SaveCode[i]!=null){
codeNum++;
allString += byteCount[i]*SaveCode[i].getCode().length();
}
}
//写入总文件中总共有多少个用到的字符
dos.write(codeNum);
// System.out.println(codeNum);
//循环输出码表，包括（按顺序）：字符、补了几个0、编码含有的byte个数、编码（整型）。
for(int i=0;i<256;i++){
//如果该字符在文件中出现过，即编码不为空
if(SaveCode[i]!=null){
//写入：字符的ASCII码值
dos.write(i);
// System.out.print(i+"\t"+(char)i);
//第i个字符的补零数
if(SaveCode[i].getCode().length()%8!=0){//如果编码字符串程度不是8的整倍数
zeroCount[i] = 8-SaveCode[i].getCode().length()%8;//设置补零的个数
}else{//如果是8的整倍数
zeroCount[i] = 0;
}
//写入：每个编码末尾补了几个0
dos.write(zeroCount[i]);
//补零后的编码，写入头信息
String addZero = SaveCode[i].getCode();
// System.out.println(SaveCode[i].getCode()+"需要补零的个数"+zeroCount[i]);
for(int j=0;j<zeroCount[i];j++){//循环次数为：需要补零的个数
//每次在编码后补一个0
addZero = addZero+'0';
}
//在补0完成后，写入：编码有几个byte
dos.write(addZero.length()/8);
//对于补齐0的编码，每次取出一个字节
for(int j=0;j<addZero.length()/8;j++){
String subString = "";
//取出一个字节中的8位赋值给codeString
for(int k=j*8;k<(j+1)*8;k++){
subString = subString+addZero.charAt(k);
}
//读取每个字节，将01串转化成整型数
int cs = changeString(subString);
dos.write(cs);
}//每个字符读取完毕
}
}
if(allString%8==0){
dos.write(0);
}else{
fileAddZero = 8-allString%8;
dos.write(fileAddZero);
System.out.println("文章末尾补零"+fileAddZero);
}
}
⑥读文件并写入内容到另外一个文件
public void writeFile(String path) throws IOException{
//等待中的编码字符串
String str = "";
fis = new FileInputStream(path);
dis=new DataInputStream(fis);
//如果文件可读内容大于0
while(dis.available()>0){
//读取一个字节字符
int i = dis.read();
//得到该字符的码表中的编码----没有补零的，加入到等待中的字符串后
str = str+SaveCode[i].getCode();
System.out.println("!!~~!!"+str);
//如果该编码长度大于等于8
while(str.length()>=8){
//截取8位编码的字符串
String subString = " ";
for(int j=0;j<8;j++){
subString = subString+str.charAt(j);
}
//读取每个字节，将01串转化成整型数
int cs = changeString(subString);
dos.write(cs);
//删除str的前八位
String tranString = str;
str = "";
for(int j=8;j<tranString.length();j++){
str = str+tranString.charAt(j);
}
}
}
//文件末尾最后的字符串
System.out.println("mm"+str);
for(int t=0;t<fileAddZero;t++){
str = str+'0';
}
System.out.println(str);
//写入文件
int cs = changeString(str);
dos.write(cs);
}
二，解压缩的过程（压缩的逆过程）：
①读取文件头信息，按写入的顺序依次读出
public void readHead(String path) throws IOException{
fis = new FileInputStream(path);
dis=new DataInputStream(fis);
//读取字符种类总数
codeNum = dis.read();
System.out.println(codeNum);
//实例化记录文件头信息的数组，数组长度为字符种类总数
head = new Head[codeNum];
System.out.println("AscII\t字节数\t补零数\t编码");
//以字符种类总数作为循环限制条件，读取每个字符的编码细则
for(int i=0;i<codeNum;i++){
//创建文件头信息对象
Head info = new Head();
//读取字符ASCII码，给对象设置ASCII码
info.setAscII(dis.read());
System.out.print(info.getAscII()+"\t"+(char)info.getAscII()+" ");
//读取编码末尾补零数，并给对象设置
info.setZeroNum(dis.read());
//读取编码所占字节数，给对象设置
info.setByteNum(dis.read());
System.out.print(info.getByteNum()+"\t");
//读取当前编码的每个字节
for(int j=0;j<info.getByteNum();j++){
int code_int = dis.read();
//读取到的整数转换成String---0,1串，该01串不会以0开头
String code_string = Integer.toBinaryString(code_int);
// System.out.println("s++"+code_string);
int length = code_string.length();
//01串不足8位的在前面补零
if(length%8!=0){
for(int k=0;k<8-length;k++){
code_string = '0'+code_string;
}
}
//给info对象设置编码,含补零，每个字节的前面补零的01串相加
info.setCode(info.getCode()+code_string);
}
//得到完整的补零后的01串，即文件头信息存储的编码
System.out.print(info.getZeroNum()+"\t");
//根据编码末尾补零个数，恢复编码不补零的编码，即码表中存储的编码，
for(int t=0;t<info.getZeroNum();t++){
info.setCode(info.getCode().substring(0, info.getCode().length()-1));
}
System.out.println("去0后"+info.getCode());
//将info对象添加到数组中
head[i] = info;
}
//读取头信息的最后一个内容：文章末尾的补零的个数
fileAddZero = dis.read();
System.out.println("文件末尾补零"+fileAddZero);
}
②读取文件内容，再将这些字节写入一个新的文件，后缀名改成和原来文件一样，就能打开了。
public void readFile(String path,String newPath) throws IOException{
fos = new FileOutputStream(newPath);
dos=new DataOutputStream(fos);
//等待转换的字符串
String str = "";
//当文件可读信息大于零时
while(dis.available()>0){
//读取一个字节，赋值给整数txt
int txt = dis.read();
//将该整数转换成01串，该字符串不会以0开头
String temp = Integer.toBinaryString(txt);
System.out.println(temp+" nnnn");
//给转换成的01串，前面补零成完整的8位的字符串
int frontAddZero = temp.length()%8;
if(frontAddZero!=0){
for(int i=0;i<8-frontAddZero;i++){
temp = '0'+temp;
}
}
System.out.println(temp+">>>>>>>>>>>>");
//加到等待转换的字符串后，等待转换
str = str+temp;
System.out.println(str+" ！！！！等待转换！！！！");
for(int j=0;j<codeNum;j++){
//判断当前等待转换的字符串，是否以码表中的某个编码开头
if(str.startsWith((head[j].getCode()))){
//如果是，写入这个编码对应的字符
System.out.println(str+" ======== "+head[j].getCode());
System.out.println((char)head[j].getAscII());
dos.write(head[j].getAscII());
//将等待转换的字符串去掉已经写入的编码部分
String tran = str;
str = "";
for(int k=head[j].getCode().length();k<tran.length();k++){
str = str+tran.charAt(k);
}
//设置循环从头开始判断现在的str是否以某编码开头
j = -1;
//如果此时已经没有可读的文件信息了
if(dis.available()==0){
//将文件末尾添加的0的个数，在str中删去
String tra = str;
str = "";
for(int t=0;t<tra.length()-fileAddZero;t++){
str = str+tra.charAt(t);
}
//如果删去之后字符串空了，那么跳出循环，文件读取完毕
if(str==""){
break;
}
//如果str不为空，那么继续j=-1的地方循环判断是否以某编码开头
}
}
}//for循环
}//while循环
//确认文件读取完毕
System.out.println(str.length()+" 最后str的长度");
}
还要用到其他的类。建立哈夫曼树要用到的哈夫曼的结点类。
public class HfmNode implements Comparable<HfmNode>{
//字符的ASCII码值
private int AscII;
//字符的出现次数
private int count;
//当前结点的左子结点
private HfmNode lChild;
//当前结点的右子结点
private HfmNode rChild;
/**
* 构造方法
* @param AscII ASCII的值
* @param count 文件中的出现次数
*/
public HfmNode(int AscII,int count){
this.AscII = AscII;
this.setCounts(count);
}
/**
* 得到结点字符ASCII值得方法
* @return ASCII码值
*/
public int getAscII() {
return AscII;
}
/**
* 设置结点字符的ASCII值
* @param ascii
*/
public void setAscII(int AscII) {
this.AscII = AscII;
}
/**
* 得到当前结点字符出现次数的方法
* @return
*/
public int getCounts() {
return count;
}
/**
* 设置当前结点字符出现次数的方法
* @param count
*/
public void setCounts(int count) {
this.count = count;
}
/**
* 得到当前结点左孩子的方法
* @return 左子结点
*/
public HfmNode getlChild() {
return lChild;
}
/**
* 设置当前结点左孩子的方法
* @param lChild
*/
public void setlChild(HfmNode lChild) {
this.lChild = lChild;
}
/**
* 得到当前结点右孩子的方法
* @return 右子结点
*/
public HfmNode getrChild() {
return rChild;
}
/**
* 设置当前结点右孩子的方法
* @param rChild
*/
public void setrChild(HfmNode rChild) {
this.rChild = rChild;
}
/**
* 输出hfmNode类对象--哈夫曼结点的方法
*/
public String toString(){
return "AscII="+(char)AscII+"counts="+count;
}
/**
* 定义在队列中进行排序比较的属性
*/
public int compareTo(HfmNode o) {
return count-o.getCounts();
}
}
要补零的个数，根据ASCII来判断是否是同一个字符
public class Head {
//字符ASCII码
private int AscII;
//字符编码占用字节数
private int byteNum;
//编码末尾补零数
private int zeroNum;
//编码
private String code = "";
/**
* 得到ASCII码
* @return
*/
public int getAscII() {
return AscII;
}
/**
* 设置AscII码
* @param AscII
*/
public void setAscII(int AscII) {
this.AscII = AscII;
}
/**
* 得到编码占字节数
* @return
*/
public int getByteNum() {
return byteNum;
}
/**
* 设置编码占字节数
* @param byteNum
*/
public void setByteNum(int byteNum) {
this.byteNum = byteNum;
}
/**
* 得到编码
* @return
*/
public String getCode() {
return code;
}
/**
* 设置编码
* @param code
*/
public void setCode(String code) {
this.code = code;
}
/**
* 得到编码末尾补零个数
* @return
*/
public int getZeroNum() {
return zeroNum;
}
/**
* 设置编码末尾补零个数
* @param zeroNum
*/
public void setZeroNum(int zeroNum) {
this.zeroNum = zeroNum;
}
}
哈夫曼编码类
public class Code {
//哈夫曼编码
private String code = "";
/**
* 输出Code类对象的方法
*/
public String toString(){
return "编码："+code+"长度:"+code.length();
}
/**
* 得到编码内容
* @return
*/
public String getCode() {
return code;
}
/**
* 设置编码内容
* @param code
*/
public void setCode(String code) {
this.code = code;
}
}
期间还会用到一些方法，将8个字符的字符串转换成01串对应的整数
private int changeString(String s) {
return ((int)s.charAt(0)-48)*128+((int)s.charAt(1)-48)*64
+((int)s.charAt(2)-48)*32+((int)s.charAt(3)-48)*16
+((int)s.charAt(4)-48)*8+((int)s.charAt(5)-48)*4
+((int)s.charAt(6)-48)*2+((int)s.charAt(7)-48);
}
哈夫曼压缩还是有许多问题的，压缩小文件时，压缩好的文件可能比未压缩的还要大，压缩大文件时，又需要很长的时间。所以期待学会下一个压缩方法！
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