算法 | Huffman 编解码

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1. Thanks

Java读写二进制文件操作

2. 简介

这是学校课程的一个实验题目。我们先看看题目吧:

  1. 以字母(Character)为基础的压缩
  1. 文本解析:将cacm.all文件分解成一个个的字母
  2. 字频统计:统计每个字母出现的词频
  3. Huffman编码:根据Huffman编码的原理,对每个字母进行编码。给出一个编码字典。
  4. 文档压缩:根据Huffman编码,压缩文件。
  5. 文档还原:对压缩后的文档进行解压缩。

Huffman,首先要理解的是Huffman树,额这个参考一下:
huffman编码实现(详细实现)

然后,我们知道,压缩应该这样做:

  • 1.读取文件,统计字符的频率/权重

  • 2.根据字符的频率/权重生成一棵Huffman树,然后就得到了所谓的字符编码,0101,一寸二进制。
    根据这个字符编码,我们就可以把文件中的每一个字符编成二进制!例如,源文件的字符“a",其字典
    是01,那么,以后文件中的a都用01代替!这样就构造了一个映射了,爽歪歪!

  • 3.再读取源文件,根据字符字典,写入一个二进制文件中,完成!

看起来,还挺简单的,嗯,然后我们看看一些有坑的地方,和关键代码实现。

3. 首先,我们来定义Huffman的结点类:

这里,还实现了一个

/**
 * Created by Chestnut on 2016/11/6.
 *  实现Comparable接口,使用优先队列
 *      默认的优先队列是优先级最高的先push
 *      而这里,我们需要:优先级(权重)
 *      最小的先push.
 */
public class HufNode<A> implements Comparable<HufNode>{

    private HufNode leftChild = null;   //左孩子
    private HufNode rightChild = null;  //右孩子
    private int weight = 0;             //频率/权重
    private A object = null;            //结点存储的对象,如果没有,约定为空。

    public HufNode(HufNode leftChild, HufNode rightChild, int weight, A object) {
        this.leftChild = leftChild;
        this.rightChild = rightChild;
        this.weight = weight;
        this.object = object;
    }

    public HufNode getLeftChild() {
        return leftChild;
    }

    public void setLeftChild(HufNode leftChild) {
        this.leftChild = leftChild;
    }

    public HufNode getRightChild() {
        return rightChild;
    }

    public void setRightChild(HufNode rightChild) {
        this.rightChild = rightChild;
    }

    public int getWeight() {
        return weight;
    }

    public void setWeight(int weight) {
        this.weight = weight;
    }

    public A getObject() {
        return object;
    }

    public void setObject(A object) {
        this.object = object;
    }

    @Override
    public int compareTo(HufNode o) {
        if (this.weight < o.weight)
            return -1;
        else if (this.weight > o.weight)
            return 1;
        else
            return 0;
    }
}

4. 文件的字符统计

这个实现起来,还挺简单。
注意FileReader,其实用来读取文件内容,
当读到文件尾的时候,fileReader.read()返回-1.

/**
     * 根据文件路径返回 Huffman 节点集合
     * @param filePath
     * @return
     */
    public static List<HufNode> getHuffNodes(String filePath) {
        List<Character> characters = null;
        List<HufNode> hufNodes = null;
        try(
                FileReader fileReader = new FileReader(filePath)
        ){
            hufNodes = new ArrayList<>();
            characters = new ArrayList<>();
            int ch ;
            while ((ch = fileReader.read())!=-1) {

                char temp = (char) ch;

                if (!characters.contains(temp)) {
                    characters.add(temp);
                    HufNode<Character> hufNode = new HufNode<>(null,null,1,temp);
                    hufNodes.add(hufNode);
                }
                else {
                    int index = characters.indexOf(temp);
                    int weight = hufNodes.get(index).getWeight();
                    hufNodes.get(index).setWeight(++weight);
                }
            }

        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("FileNotFoundException:"+e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IOException:"+e.getMessage());
        }
        return hufNodes;
    }

这里要非常注意,FileReader的用法。
例如,当向文件写入:int -1,那么,实际上,
用二进制看文件,会发现:FF FF FF FF
嗯,很对,int型是32位,转成16进制就是8位了,而,-1的16进制就是:FF FF FF FF。
使用fileReader.read()的话,按照Ascii码返回!
也就是说,这里去read的话,不会返回-1,返回的是65535!

5. 然后就是建立Huffman树了...

/**
     * 构造Huffman树
     *      约定:左子树 <= 右子树
     * @param hufNodes 传入乱序的所有原始数据
     * @return  Huffman的头
     */
    public static HufNode buildHuffTree(List<HufNode> hufNodes) {
        PriorityQueue<HufNode> priorities = new PriorityQueue<>();
        priorities.addAll(hufNodes);

        HufNode New;
        for (int i = 0; i < hufNodes.size() - 1; i++) {
            HufNode a = priorities.poll();
            HufNode b = priorities.poll();
            New = new HufNode(a,b,a.getWeight()+b.getWeight(),null);
            if (priorities.isEmpty())
                return New;
            priorities.add(New);
        }
        return null;
    }

这里传入的是乱序的原始结点。这里就通过一个优先队列去排序。
优先队列:java中原本的实现,是按照插入队列中的数据中的权值,由小到大poll出来。
这里是不是有点符合我们的Huffman树的构造了,把权重最大的放在离root节点最近。
所以,这里的HuffmanNode类就实现了一个优先队列的排序接口。

6. 得到字符字典/字符编码

    /**
     * 得到编码字典
     * @param rootNode  根节点
     * @return  编码
     */
    public static Map<Character, String> getLetterCode(HufNode rootNode) {
        Map<Character, String> letterCode = new HashMap<Character, String>();
        getLetterCode(rootNode, "", letterCode);
        return letterCode;
    }

    /**
     * 先序遍历哈夫曼树,获得所有字符编码对。
     * @param rooNode 哈夫曼树根结点
     * @param suffix 编码前缀,也就是编码这个字符时,之前路径上的所有编码
     * @param letterCode 用于保存字符编码结果
     */
    private static void getLetterCode(HufNode rooNode, String suffix, Map<Character, String> letterCode) {
        if (rooNode != null) {
            if (rooNode.getLeftChild() == null && rooNode.getRightChild() == null) {
                Character character = (Character) rooNode.getObject();
                letterCode.put(character, suffix);

            }
            getLetterCode(rooNode.getLeftChild(), suffix + "0", letterCode);
            getLetterCode(rooNode.getRightChild(), suffix + "1", letterCode);
        }
    }

核心思想就是,先序遍历!很熟悉呐,套路的递归。

7. 编码压缩

根据编码去重新读取源文件的每一个字符,再存入新的文件,以0101的形式,也就是二进制。
这里,我们要考虑几个问题:

  • (1) .文件的后缀
  • (2) .文件的字符字典
  • (3) .文件的末尾

java中的二进制读写,是一定要用:DataInputStream && DataOutputStream
这里,我是这样约定的,
先存文件的后缀,然后是字符字典,最后是正文。
正文中,0101流按照由(int)高位到地址存放。
而且,为了标记是当前的内容是文件的后缀,还是字符字典,还是文件末尾,我把int的最高位
也就是符号位不作为正文的使用。
约定如下:

/**
 * Created by Chestnut on 2016/11/6.
 *
 *  在这里定义编码的格式如下:
 *
 *      (这里,约定使用int的31位,最高位为0)
 *      (最高位为1,即符号标志位为1的,约定为一些敏感字段的头和尾)
 *
 *     [int:-1] 文件头(包含一些文件信息,例如后缀等等)
 *              [int:-10] 文件后缀(一个int)
 *                  [int:一个int]
 *                          unknown:0(没约定)
 *                          txt : 1
 *                          jpg : 2
 *                          ...(需要约定)
 *     [int:-1]
 *
 *     [int:-2] 字符字典:
 *              [int:] (这个为字符!),为16进制!应该解析为字符。
 *              [int:]...(字符的频率/权重:)
 *              ...
 *     [int:-2]
 *
 *     [int:-3] 编码区
 *              [int:] n个int,为正数,最高位为0。
 *              ...
 *              ...
 *              ...
 *              [int:-301] 说明下一个是最后一个int的开始。
 *              [int:] 说明剩下的bit数
 *                  [int:]...数据
 *     [int:-3]
 *
 *
 */

这里的字符字典我使用的是字符的权重去存储,
其实这也可以压缩一下,存储0101.
然后,根据这个约定,我们就可以去压缩了。
在这之前,放出几个必要的函数:

    /**
     * 从int获取第index位bit(0/1)
     * @param a int
     * @param index  位置,1-32
     * @return 0/1 char
     */
    public static char getBitFromInt(int a, int index) {
        if (index<0 || index>32)
            return '0';
        return (a>>index-1 & 0x00000001) == 1 ? '1' : '0';
    }

    /**
     * 把bit写入到int里面
     * @param a     int
     * @param bit   位,只能是'1' or '0'
     * @param index 位置,1-32
     */
    public static int writeBitToInt(int a,char bit,int index) {
        if (bit=='0' || index<0 || index>32)
            return a;
        return 1<<index-1 | a;
    }

    /**
     * 根据letterCode和字符取得编码字典
     * @param letterCode
     * @param c
     * @return
     */
    public static String getEncodeFromOneChar(Map<Character,String> letterCode, char c) {
        Set<Character> set = letterCode.keySet();
        if (set.contains(c)) {
            return letterCode.get(c);
        }
        return "";
    }

这几个都是读写int型数据的bit位。(为啥要这么蛋疼?一位一位bit写不可以吗?不可以,java不支持...)
压缩的代码:

/**
     * 编码
     * @param src       源文件地址
     * @param encode    编码到哪个文件
     * @param letterCode 字符字典
     * @param hufNodes 最原始的带有字符频率的Huffman结点
     * @return 是否成功
     */
    public static boolean encode(String src, String encode, Map<Character,String> letterCode, List<HufNode> hufNodes) {

        //取得后缀名
        String suffix = src.substring(src.lastIndexOf(".")+1);
        int suffixCode = 0;
        switch (suffix) {
            case "txt":
                suffixCode = 1;
                break;
            case "jpg":
                suffixCode = 2;
                break;
        }

        try(
                DataOutputStream writer = new DataOutputStream(new FileOutputStream(encode));
                FileReader reader = new FileReader(src)
        ) {
            //  [int:-1] 文件头(包含一些文件信息,例如后缀等等)
            //           [int:-10] 文件后缀(一个int)
            //                      [int:一个int]
            //                       unknown:0(没约定)
            //                       txt : 1
            //                       jpg : 2
            //                       ...(需要约定)
            //  [int:-1]
            writer.writeInt(-1);
            writer.writeInt(-10);
            writer.writeInt(suffixCode);
            writer.writeInt(-1);

            //  [int:-2] 字符字典:
            //           [int:] (这个为字符!),为16进制!应该解析为字符。
            //           [int:]...(字符的频率/权重:)
            //           ...
            //  [int:-2]
            writer.writeInt(-2);
            for (int i = 0; i < hufNodes.size(); i++) {
                writer.writeInt((Character)hufNodes.get(i).getObject());
                writer.writeInt(hufNodes.get(i).getWeight());
            }
            writer.writeInt(-2);

            //  [int:-3] 编码区
            //           [int:] n个int,为正数,最高位为0。
            //           ...
            //           ...
            //           ...
            //           [int:-301] 说明下一个是最后一个int的开始。
            //           [int:] 说明剩下的bit数
            //              [int:]...数据
            //  [int:-3]
            writer.writeInt(-3);
            int ch ;
            ArrayBlockingQueue<Character> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100);
            String xxx ;
            while ((ch = reader.read())!=-1) {
                char ii = (char) ch;
                xxx = getEncodeFromOneChar(letterCode, ii);
                for (int i = 0; i < xxx.length(); i++) {
                    arrayBlockingQueue.add(xxx.charAt(i));
                    if (arrayBlockingQueue.size()>=31) {
                        int pp = 0;
                        for (int j = 0; j < 31; j++) {
                            pp =  writeBitToInt(pp,arrayBlockingQueue.poll(),31-j);
                        }
                        pp = writeBitToInt(pp,'0',32);
                        writer.writeInt(pp);
                    }
                }
            }
            if (!arrayBlockingQueue.isEmpty()) {
                writer.writeInt(-301);
                writer.writeInt(arrayBlockingQueue.size());
                int pp = 0;
                int length = arrayBlockingQueue.size();
                for (int i = 0; i < length; i++) {
                    pp =  writeBitToInt(pp,arrayBlockingQueue.poll(),length-i);
                }
                writer.writeInt(pp);
            } else {
                writer.writeInt(-301);
                writer.writeInt(0);
            }
            writer.writeInt(-3);
            return true;
        } catch (IOException e) {
            File file = new File(encode);
            if (file.exists())
                file.delete();
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
    }

仔细看看注释应该可以懂,不懂再问我哈。

8. 解码解压

清楚了上面的压缩编码,解码就很容易:

/**
     * 解码
     * @param src   待解码文件
     * @param decodeFilePath 解压的路径,注意,其是一个路径而不是一个文件。
     * @return  是否成功
     */
    public static boolean decode(String src, String decodeFilePath) {

        File file = new File(src);
        if (!file.exists()) return false;

        try (
                DataInputStream in = new DataInputStream(
                        new BufferedInputStream(
                                new FileInputStream(src)))
        ){
            int temp;

            //[-1]读取文件头
            temp = in.readInt();
            if (temp!=-1) return false;
            while ((temp = in.readInt())!=-1) {
                //读取自定义的信息
                switch (temp) {
                    case -10://后缀
                        String suffix;
                        switch (in.readInt()) {
                            case 1:
                                suffix = ".txt";
                                break;
                            case 2:
                                suffix = ".jpg";
                                break;
                            default:
                                suffix = ".unknown";
                                break;
                        }
                        decodeFilePath += "temp" + suffix;
                        break;
                }
            }

            //[-2]读取字符频率/权重
            temp = in.readInt();
            if (temp!=-2) return false;
            List<HufNode> hufNodes = new ArrayList<>();
            while ((temp = in.readInt())!=-2) {
                //读取字符
                char a = (char) temp;
                int weight = in.readInt();
                hufNodes.add(new HufNode<>(null,null,weight,a));
            }
            //建立Huffman树
            HufNode<Character> root = buildHuffTree(hufNodes);

            try(
                    DataOutputStream writer = new DataOutputStream(new FileOutputStream(decodeFilePath))
            ) {
                //[-3]读取编码 & 写入文件
                HufNode<Character> point = root;
                temp = in.readInt();
                if (temp!=-3) return false;
                while ((temp = in.readInt())!=-3) {
                    switch (temp) {
                        case -301://到最后一个int
                            int lastIntLength = in.readInt();
                            temp = in.readInt();
                            //读取 & 写入
                            for (int i = 0; i < lastIntLength; i++) {
                                point = getBitFromInt(temp,lastIntLength-i) == '1' ? point.getRightChild() : point.getLeftChild();
                                if (point.getObject()!=null) {
                                    writer.write(point.getObject());
                                    point = root;
                                }
                            }
                            break;
                        default:
                            //读取 & 写入
                            for (int i = 0; i < 31; i++) {
                                point = getBitFromInt(temp,31-i) == '1' ? point.getRightChild() : point.getLeftChild();
                                if (point.getObject()!=null) {
                                    writer.write(point.getObject());
                                    point = root;
                                }
                            }
                            break;
                    }
                }
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                return false;
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

9. 组合的一个工具类:HuffmanUtils

package Lab5;

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

/**
 * Created by Chestnut on 2016/11/6.
 *
 *  在这里定义编码的格式如下:
 *
 *      (这里,约定使用int的31位,最高位为0)
 *      (最高位为1,即符号标志位为1的,约定为一些敏感字段的头和尾)
 *
 *     [int:-1] 文件头(包含一些文件信息,例如后缀等等)
 *              [int:-10] 文件后缀(一个int)
 *                  [int:一个int]
 *                          unknown:0(没约定)
 *                          txt : 1
 *                          jpg : 2
 *                          ...(需要约定)
 *     [int:-1]
 *
 *     [int:-2] 字符字典:
 *              [int:] (这个为字符!),为16进制!应该解析为字符。
 *              [int:]...(字符的频率/权重:)
 *              ...
 *     [int:-2]
 *
 *     [int:-3] 编码区
 *              [int:] n个int,为正数,最高位为0。
 *              ...
 *              ...
 *              ...
 *              [int:-301] 说明下一个是最后一个int的开始。
 *              [int:] 说明剩下的bit数
 *                  [int:]...数据
 *     [int:-3]
 *
 *
 */
public class HuffmanUtils {

    /**
     * 从int获取第index位bit(0/1)
     * @param a int
     * @param index  位置,1-32
     * @return 0/1 char
     */
    public static char getBitFromInt(int a, int index) {
        if (index<0 || index>32)
            return '0';
        return (a>>index-1 & 0x00000001) == 1 ? '1' : '0';
    }

    /**
     * 把bit写入到int里面
     * @param a     int
     * @param bit   位,只能是'1' or '0'
     * @param index 位置,1-32
     */
    public static int writeBitToInt(int a,char bit,int index) {
        if (bit=='0' || index<0 || index>32)
            return a;
        return 1<<index-1 | a;
    }

    /**
     * 根据letterCode和字符取得编码字典
     * @param letterCode
     * @param c
     * @return
     */
    public static String getEncodeFromOneChar(Map<Character,String> letterCode, char c) {
        Set<Character> set = letterCode.keySet();
        if (set.contains(c)) {
            return letterCode.get(c);
        }
        return "";
    }

    /**
     * 得到编码字典
     * @param rootNode  根节点
     * @return  编码
     */
    public static Map<Character, String> getLetterCode(HufNode rootNode) {
        Map<Character, String> letterCode = new HashMap<Character, String>();
        getLetterCode(rootNode, "", letterCode);
        return letterCode;
    }

    /**
     * 先序遍历哈夫曼树,获得所有字符编码对。
     * @param rooNode 哈夫曼树根结点
     * @param suffix 编码前缀,也就是编码这个字符时,之前路径上的所有编码
     * @param letterCode 用于保存字符编码结果
     */
    private static void getLetterCode(HufNode rooNode, String suffix, Map<Character, String> letterCode) {
        if (rooNode != null) {
            if (rooNode.getLeftChild() == null && rooNode.getRightChild() == null) {
                Character character = (Character) rooNode.getObject();
                letterCode.put(character, suffix);

            }
            getLetterCode(rooNode.getLeftChild(), suffix + "0", letterCode);
            getLetterCode(rooNode.getRightChild(), suffix + "1", letterCode);
        }
    }

    /**
     * 构造Huffman树
     *      约定:左子树 <= 右子树
     * @param hufNodes 传入乱序的所有原始数据
     * @return  Huffman的头
     */
    public static HufNode buildHuffTree(List<HufNode> hufNodes) {
        PriorityQueue<HufNode> priorities = new PriorityQueue<>();
        priorities.addAll(hufNodes);

        HufNode New;
        for (int i = 0; i < hufNodes.size() - 1; i++) {
            HufNode a = priorities.poll();
            HufNode b = priorities.poll();
            New = new HufNode(a,b,a.getWeight()+b.getWeight(),null);
            if (priorities.isEmpty())
                return New;
            priorities.add(New);
        }
        return null;
    }

    /**
     * 编码
     * @param src       源文件地址
     * @param encode    编码到哪个文件
     * @param letterCode 字符字典
     * @param hufNodes 最原始的带有字符频率的Huffman结点
     * @return 是否成功
     */
    public static boolean encode(String src, String encode, Map<Character,String> letterCode, List<HufNode> hufNodes) {

        //取得后缀名
        String suffix = src.substring(src.lastIndexOf(".")+1);
        int suffixCode = 0;
        switch (suffix) {
            case "txt":
                suffixCode = 1;
                break;
            case "jpg":
                suffixCode = 2;
                break;
        }

        try(
                DataOutputStream writer = new DataOutputStream(new FileOutputStream(encode));
                FileReader reader = new FileReader(src)
        ) {
            //  [int:-1] 文件头(包含一些文件信息,例如后缀等等)
            //           [int:-10] 文件后缀(一个int)
            //                      [int:一个int]
            //                       unknown:0(没约定)
            //                       txt : 1
            //                       jpg : 2
            //                       ...(需要约定)
            //  [int:-1]
            writer.writeInt(-1);
            writer.writeInt(-10);
            writer.writeInt(suffixCode);
            writer.writeInt(-1);

            //  [int:-2] 字符字典:
            //           [int:] (这个为字符!),为16进制!应该解析为字符。
            //           [int:]...(字符的频率/权重:)
            //           ...
            //  [int:-2]
            writer.writeInt(-2);
            for (int i = 0; i < hufNodes.size(); i++) {
                writer.writeInt((Character)hufNodes.get(i).getObject());
                writer.writeInt(hufNodes.get(i).getWeight());
            }
            writer.writeInt(-2);

            //  [int:-3] 编码区
            //           [int:] n个int,为正数,最高位为0。
            //           ...
            //           ...
            //           ...
            //           [int:-301] 说明下一个是最后一个int的开始。
            //           [int:] 说明剩下的bit数
            //              [int:]...数据
            //  [int:-3]
            writer.writeInt(-3);
            int ch ;
            ArrayBlockingQueue<Character> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100);
            String xxx ;
            while ((ch = reader.read())!=-1) {
                char ii = (char) ch;
                xxx = getEncodeFromOneChar(letterCode, ii);
                for (int i = 0; i < xxx.length(); i++) {
                    arrayBlockingQueue.add(xxx.charAt(i));
                    if (arrayBlockingQueue.size()>=31) {
                        int pp = 0;
                        for (int j = 0; j < 31; j++) {
                            pp =  writeBitToInt(pp,arrayBlockingQueue.poll(),31-j);
                        }
                        pp = writeBitToInt(pp,'0',32);
                        writer.writeInt(pp);
                    }
                }
            }
            if (!arrayBlockingQueue.isEmpty()) {
                writer.writeInt(-301);
                writer.writeInt(arrayBlockingQueue.size());
                int pp = 0;
                int length = arrayBlockingQueue.size();
                for (int i = 0; i < length; i++) {
                    pp =  writeBitToInt(pp,arrayBlockingQueue.poll(),length-i);
                }
                writer.writeInt(pp);
            } else {
                writer.writeInt(-301);
                writer.writeInt(0);
            }
            writer.writeInt(-3);
            return true;
        } catch (IOException e) {
            File file = new File(encode);
            if (file.exists())
                file.delete();
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
    }

    /**
     * 解码
     * @param src   待解码文件
     * @param decodeFilePath 解压的路径,注意,其是一个路径而不是一个文件。
     * @return  是否成功
     */
    public static boolean decode(String src, String decodeFilePath) {

        File file = new File(src);
        if (!file.exists()) return false;

        try (
                DataInputStream in = new DataInputStream(
                        new BufferedInputStream(
                                new FileInputStream(src)))
        ){
            int temp;

            //[-1]读取文件头
            temp = in.readInt();
            if (temp!=-1) return false;
            while ((temp = in.readInt())!=-1) {
                //读取自定义的信息
                switch (temp) {
                    case -10://后缀
                        String suffix;
                        switch (in.readInt()) {
                            case 1:
                                suffix = ".txt";
                                break;
                            case 2:
                                suffix = ".jpg";
                                break;
                            default:
                                suffix = ".unknown";
                                break;
                        }
                        decodeFilePath += "temp" + suffix;
                        break;
                }
            }

            //[-2]读取字符频率/权重
            temp = in.readInt();
            if (temp!=-2) return false;
            List<HufNode> hufNodes = new ArrayList<>();
            while ((temp = in.readInt())!=-2) {
                //读取字符
                char a = (char) temp;
                int weight = in.readInt();
                hufNodes.add(new HufNode<>(null,null,weight,a));
            }
            //建立Huffman树
            HufNode<Character> root = buildHuffTree(hufNodes);

            try(
                    DataOutputStream writer = new DataOutputStream(new FileOutputStream(decodeFilePath))
            ) {
                //[-3]读取编码 & 写入文件
                HufNode<Character> point = root;
                temp = in.readInt();
                if (temp!=-3) return false;
                while ((temp = in.readInt())!=-3) {
                    switch (temp) {
                        case -301://到最后一个int
                            int lastIntLength = in.readInt();
                            temp = in.readInt();
                            //读取 & 写入
                            for (int i = 0; i < lastIntLength; i++) {
                                point = getBitFromInt(temp,lastIntLength-i) == '1' ? point.getRightChild() : point.getLeftChild();
                                if (point.getObject()!=null) {
                                    writer.write(point.getObject());
                                    point = root;
                                }
                            }
                            break;
                        default:
                            //读取 & 写入
                            for (int i = 0; i < 31; i++) {
                                point = getBitFromInt(temp,31-i) == '1' ? point.getRightChild() : point.getLeftChild();
                                if (point.getObject()!=null) {
                                    writer.write(point.getObject());
                                    point = root;
                                }
                            }
                            break;
                    }
                }
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                return false;
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 根据文件路径返回 Huffman 节点集合
     * @param filePath
     * @return
     */
    public static List<HufNode> getHuffNodes(String filePath) {
        List<Character> characters = null;
        List<HufNode> hufNodes = null;
        try(
                FileReader fileReader = new FileReader(filePath)
        ){
            hufNodes = new ArrayList<>();
            characters = new ArrayList<>();
            int ch ;
            while ((ch = fileReader.read())!=-1) {

                char temp = (char) ch;

                if (!characters.contains(temp)) {
                    characters.add(temp);
                    HufNode<Character> hufNode = new HufNode<>(null,null,1,temp);
                    hufNodes.add(hufNode);
                }
                else {
                    int index = characters.indexOf(temp);
                    int weight = hufNodes.get(index).getWeight();
                    hufNodes.get(index).setWeight(++weight);
                }
            }

        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("FileNotFoundException:"+e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IOException:"+e.getMessage());
        }
        return hufNodes;
    }
}

工具类的使用:

public static void main(String[] args) {

        //从给出的文件得到字符的频率:建立起Huffman节点集合。
        List<HufNode> hufNodes = HuffmanUtils.getHuffNodes(FilePath);
        //建立Huffman树
        HufNode<Character> root = HuffmanUtils.buildHuffTree(hufNodes);
        //得到编码字典
        Map<Character,String> letterCode = HuffmanUtils.getLetterCode(root);

        //编码压缩:
        if (HuffmanUtils.encode(FilePath,FilePathEncode,letterCode,hufNodes)) {
            if (!HuffmanUtils.decode(FilePathEncode,decodeFilePath))
                System.out.println("解码失败!");
        }
        else
            System.out.println("压缩失败!");

    }

10. 总结

整个做下来,坑啊,自己知道,我的坑也不一定是你的坑,哈哈,所以,慢慢弄咯。
最后的压缩率(压缩的文件大小/压缩前的大小)为68%左右。

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