허프만 부호 알고리즘 설계 및 결과 보고서

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허프만 부호화 구현

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전산학과 정보 이론에서 허프만 부호화(Huffman coding)는 무손실 압축에 쓰이는 엔트로피 부호화의 일종으로, 데이터 문자의 등장 빈도에 따라서 다른 길이의 부호를 사용하는 알고리즘이다. 1952년 당시 박사과정 학생이던 데이비드 허프만이 A Method for the Construction of Minimum-Redundancy Codes[1]란 제목의 논문으로 처음 발표했다.

허프만 부호화는 문자들의 빈도로부터 접두 부호(어떤 한 문자에 대한 부호가 다른 부호들의 접두어가 되지 않는 부호)를 만들어 내는 알고리즘으로, 적게 나오는 문자일수록 더 긴 부호를 쓰고 많이 나올수록 더 짧은 부호를 쓴다. 허프만 부호화는 주어진 빈도에 대해서 항상 최적의 접두 부호를 만들어 내며, 이 과정은 빈도가 정렬되어 있을 경우 O(n)만에 가능하다. 각 문자들의 빈도가 2의 거듭제곱 꼴이거나 모두 같을 경우 이 접두 부호는 간단한 이진 블록 부호와 동일하다.

해당 구현은 파일을 통해 입출력하는 것을 바탕으로 구현하였으며, 영문자를 기준으로 작성하였다. 영문자로 된 텍스트 파일을 입력받아 새로운 텍스트 파일에 부호화 테이블의 길이, 부호화 테이블, 부호화 된 문장 순으로 쓰게 하였다. 총 세 개의 구조체를 사용하였으며 단일 연결 리스트와 이진 트리를 응용하여 구성하였다. 함수는 크게 초기화 함수, 삽입 함수, 정렬 함수, 허프만 부호화 함수, 출력 함수 등이 있다. 특이 사항은 삽입 함수를 두 가지를 구성하였는데, 한 가지는 문자열을 하나 씩 순차적으로 입력받아 이를 리스트로 만드는 삽입함수이고, 또 한 가지는 허프만 부호화 진행과정에서 새로운 이진트리의 삽입을 진행하는 함수이다. 전자는 정렬을 고려하지 않아서 따로 정렬함수를 구현하였고 후자는 삽입 시에 정렬을 하도록 하여 별도의 정렬 함수를 구현하지 않았다. 전자를 구현할 때 사용한 정렬은 삽입 정렬이다.

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