الگوریتم هافمن HUFFMAN در سی شارپ #C

در این بخش سورس کد پروژه الگوریتم هافمن HUFFMAN در سی شارپ #C قرار داده شده است. الگوریتم هافمن Huffman یکی از الگوریتم های فشرده سازی می باشد که این روش بوسیلهٔ دیوید هافمن توسعه یافت. وی دانشجوی دورهٔ دکتری در دانشگاه MIT بود و در سال ۱۹۵۲ مقالهٔ «روشی برای تولید کدی با کمترین تکرار » را منتشر کرد. در الگوریتم هافمن با توجه به تکرار کارکترها کد باینری به آن ها تعلق می گیرد بدین صورت که برای کاراکترهای با تعداد تکرار بالا کدهای کوتاه و برای کاراکترهای با تکرار کم کدهای با طول بالا. این شیوه در نهایت منجر به ایجاد ساختاری از بیت ها برای ذخیره سازی می شود که فضای کمتری را نسبت به روش های معمولی اشغال می کند.

به بیان دیگر یا علمی تر می توان گفت در کدگذاری هافمن، از روشی خاص برای انتخاب نحوهٔ نمایش هر نماد استفاده می‌شود. یعنی در این روش رشته‌ای که نشان دهندهٔ یک کاراکتر خاص است هیچ گاه پیشوند رشتهٔ دیگر که نمایانگر نویسهٔ دیگر است، نمی‌باشد. در این روش کاراکترهای پرکاربردتر با رشته‌های بیتی کوتاهتری نسبت به آن‌هایی که کاربردشان کمتر است، نشان داده می‌شوند. دیوید هافمن روشی که کارآمدترین کد برای فشرده سازی از این نوع را می سازد طراحی کرد.

توضیح الگوریتم هافمن

در توضیح الگوریتم هافمن HUFFMAN می توان فرض کرد می خواهید تکه اطلاعات زیر رافشرده کنید:

ACDABA

از آنجایی که 6 کاراکتر داریم، این متن 6 بایت یا 48 بیت می باشد. (یعنی برای هر کاراکتر یک بایت ) با رمز گزاری هافمن، فایل برای بیشترین تکرار ظاهر شدن کاراکترها(در این مثال نماد A سه بار تکرار می شود) جستجو می شود و سپس یک درخت ساخته می شود که کاراکترها را با رشته بیت های کوتاه تر جایگزین می کند. در این حالت خاص الگوریتم از جدول جایگزینی زیر استفاده می کند:

A=0 , B=10 , C=110 , D=111

اگر این کد برای فشرده سازی فایل استفاده شود، اطلاعات فشرده شده به صورت زیر در می آیند:

01101110100

این به این معنی است که 11 بیت به جای 48 بیت مصرف می شود. کد گذاری به روش هافمن، روشی است برای بهینه سازی مقدار حجم استفاده شده برای نگهداری داده های معلوم است.

نحوه تشکیل درخت هافمن

1. محاسبه چگالی هر کاراکتر
2. انتخاب دو کاراکتر با کمترین میزان تکرار (چگالی)
3. جایگزینی کاراکتر های مرحله 2  با کاراکتر جدیدی که دارای چگالی برابر با مجموع چگالی دو کاراکتر فوق
4. تا زمانی که فقط یک کاراکتر باقی مانده باشد، به مرحله 2 می رویم.
5. از عملیات فوق یک درخت حاصل می شود، بر روی این درخت هر مسیر به سمت چپ با صفر و هر مسیر به سمت راست با یک وزن دهی می شود.
6. کد هر کاراکتر با کنار هم گذاشتن وزن ها از ریشه تا آن کاراکتر به دست می آید.

بررسی کد الگوریتم هافمن در سی شارپ #C

برای نمونه یکی از توابع را در اینجا توضیح می دهیم:

با فشار دادن دکمه “فشرده سازی” تابع  Compression.Compress اجرا می شود و دو آرگومان inputRTxt.Text و Compression.Compress را به عنوان ورودی دریافت می کند و بعد از فراخوانی تابع تعداد کاراکتر ها شمرده شده و درخت مورد نظر تشکیل می شود که در زیر سورس تابع را مشاهده می کنید.

 private string compression(String text, Compression compress)
        {
            if (!string.IsNullOrEmpty(text))
            {
                if (compress == Compression.Compress)
                {
                    huffman(text);
                    for (int i = 0; i < usedCharCount; i++)
                        codeTable.Items.Add(((TreeNode)map_table[i]).ToolTipText + " >> " + ((TreeNode)map_table[i]).Name);

                    string result = string.Empty;
                    for (int i = 0; i < text.Length; i++)
                        result += search_char(text.Substring(i, 1));
                    return result;
                }
                else
                {
                    string result = string.Empty;
                    for (int i = 0, index = 0, len = 1; i < text.Length; i++)
                        search_binaryText(ref result, text.Substring(index, len), ref index, ref len);

                    return result;
                }
            }
            return null;
        }

تصویر خروجی برنامه

درباره محصول

سورس کد الگوریتم هافمن HUFFMAN در سی شارپ #C با استفاده از Microsoft Visual Studio 2013 نوشته شده است و دارای گزارش کار 5 صفحه ای در Word است و بصورت کامل توسط گروه پشتیبانی پی استور تست و اجرا شده است محصول دارای نشان تضمین کیفیت پی استور می باشد. برای دانلود محصول آن را خریداری کنید.