Huffman编码MATLAB实现

**************主函数：************************%Huffman编码
clear;clc;close all;
[word,prob]=statistics(); %对文本中的信息进行统计
huff=Code(prob); %编码for i=1:length(prob)len(i)=length(find(abs(huff(i,:))~=32));%检测编码长度并进行标记
endave=sum(prob*len')   %计算平均码长
HX=sum(prob.*(-log2(prob)))  %计算信源熵
efficiency=HX/ave  %计算编码效率
r=1-efficiency   %计算冗余度
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编码主函数

输入文本文件xx.txt

*****************字符统计************************function [word,prob] = statistics()  %统计文档中信源及个数
data=textread('D:\desktop\Huffman\xx.txt','%s', 'whitespace','');
x=cell2mat(data);
x=x';
tab=tabulate(x);
w=char(tab(:,1));  %字符表
dimension=size(w);
word(1:dimension(1),1)=char(tab(:,1));
word(dimension(1)+1,1)=' ';
for i=1:dimension(1)+1count(i)=length(find(x==word(i)));
end
prob=count/sum(count); %各字符的概率end
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*********************编码函数code()*********************function huff = Code(prob)
%进行Huffman编码
n=length(prob);
p=prob
loca=zeros(n-1,n);
%loca用于记录每行最小两概率叠加后概率的排列次序
for i=1:n-1[p,index]=sort(p)      %进行概率值排序loca(i,:)=[index(1:n-i+1),zeros(1,i-1)]     %每一次排序求和后都会少一个概率值，对有值的赋予排列次序，其余赋0p=[p(1)+p(2),p(3:n),1]    %对经过求和处理的概率第一项赋两最小概率的和值，对3-n项概率照搬，其余概率赋1
end
for i=1:n-1   %循环生成一个N-1行、n^2列数组C，每行可看作n个段，每段长为n，记录一个码字（每个码字的长度不会超过n）code(i,1:n*n)=blanks(n*n)
endcode(n-1,n)='0' % 给code矩阵的N-1行的第一个段赋值0
code(n-1,2*n)='1' % 第二个段赋值1。（这两个码字对应编码中最后相加为一的两个概率)
for i=2:n-1   %主要的程序，循环N-2次code(n-i,1:n-1)=code(n-i+1,n*(find(loca(n-i+1,:)==1))-(n-2):n*(find(loca(n-i+1,:)==1)))code(n-i,n)='0' %在分支的第一个元素最后补0code(n-i,n+1:2*n-1)=code(n-i,1:n-1)code(n-i,2*n)='1' %在分支的第一个元素最后补1%每一行值都从下一行值得到，找到在下一行码字中相加本行最小两个概率得到的概率的对应码字，%本行两个最小概率对应码字分别为此码字最后加“0”，加“1”for j=1:i-1code(n-i,(j+1)*n+1:(j+2)*n)=code(n-i+1,n*(find(loca(n-i+1,:)==j+1)-1)+1:n*find(loca(n-i+1,:)==j+1))end
endfor i=1:nhuff(i,1:n)=code(1,(find(loca(1,:)==i)-1)*n+1:find(loca(1,:)==i)*n)
end
end
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********************* 输出码书**********************
fid=fopen('codeBook.txt','w+');
for i=1:length(prob)fprintf(fid,'%s',word(i));for j=1:length(word)fprintf(fid,'%s',huff(i,j));endfprintf(fid,'\n');
end
fclose(fid);
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输出码书

*********************输出二进制比特流**************************
huffcode=[];
for i=1:length(x)  temp=huff(find(word==x(i)),:);  %temp存放当前字符对应的Huffman编码loc=find(abs(temp)~=32);  %找到不是空格的第一个0或者1new=temp(loc(1):length(word));  %取出码字huffcode=[huffcode,new] %拼接码字
end
fid=fopen('codeFile.txt','w+');
fprintf(fid,'%s\n',huffcode);
fclose(fid);****************输出每个码字码长********************
lenth=[];
for i=1:length(x)  lenth=[lenth,len(find(word==x(i)))];
end
fid=fopen('Length.txt','w+');
for i=1:length(lenth)fprintf(fid,'%d',lenth(i));
end
fclose(fid);
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编码结果

计算压缩效率：

读入codeFile.txt，编写霍夫曼编码的译码程序，进行译码，验证编码正确性。

***************Huffman译码********************%Huffman译码
clear;clc;close all;
code=textread('codeFile.txt','%c');
book=textread('codeBook.txt','%s');
n=length(book);
book(n+1)=book(n);
% book(n)=cellstr(' ');
word_code=zeros((n+1)/2,(n+1)/2);
word_code=char(word_code);
for i=1:(n+1)/2word_code(i,:)=blanks((n+1)/2);
end%存放字符字典
for i=1:(n-1)/2 word(i)=cell2mat(book(2*(i-1)+1));
end
word((n+1)/2)=' ';for i=1:(n+1)/2 %存放字符码字字典word_code(i,1:length(cell2mat(book((2*i)))))=cell2mat(book((2*i)));
end
%开始译码
for i=1:(n+1)/2 %计算每个码字的长度temp=find(word_code(i,:)==32);len(i)=temp(1)-1;
end
unit=[]
decoding=[]
for i=1:length(code)unit=[unit,code(i)]for j=1:(n+1)/2if length(unit)==len(j)if double(sum(unit==word_code(j,1:len(j))))==length(unit)decoding=[decoding,word(j)]unit=[]endendend
end
%输出译码结果
fid=fopen('Decode.txt','w+');
fprintf(fid,'%s\n',decoding);
fclose(fid);
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译码代码如上

译码结果与原文本一致

接下来设计交互界面（使用MATLAB自带的Appdesigner）

在输入栏中输入所需编码的文本文件名，点击Button对.txt文件所在文件夹进行选择，即可对文件进行霍夫曼编码，码书显示于表格，编码结果（2进制比特流）保存于同一文件夹下的’AppCode.txt’。

function ButtonPushed(app, event)clc;srcDir=uigetdir('','选择需要进行编码的文本');loc=app.EditField_2.Value;location=fullfile(srcDir,[loc]);[word,prob]=statistics_App(location); %对文本中的信息进行统计huff=Code(prob); %编码chuff=cellstr(huff);cword=cellstr(word);xlswrite('D:\desktop\MATLAB\zyh\Huffman\Book.xlsx',[cword,chuff]);t=readtable('Book.xlsx');app.UITable.Data=[cword,chuff];s = uistyle('HorizontalAlignment','center');addStyle(app.UITable,s,'table','');data=textread(location,'%s', 'whitespace','');x=cell2mat(data);huffcode=[];for i=1:length(x)  temp=huff(find(word==x(i)),:);  %temp存放当前字符对应的Huffman编码loc=find(abs(temp)~=32);  %找到不是空格的第一个0或者1new=temp(loc(1):length(word));  %取出码字huffcode=[huffcode,new] %拼接码字endfid=fopen('AppCode.txt','w+');fprintf(fid,'%s\n',huffcode);fclose(fid);endend————————————————
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回调函数如上

输出比特流展示

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