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Lempel-Ziv (LZ) 算法及例程

Lempel-Ziv (LZ) 算法是一系列无损数据压缩算法,包括LZ77、LZ78和LZW等。这些算法通过利用字典来存储已经遇到的字符串,并用相应的索引来代替重复出现的字符串,从而实现压缩效果。下面是一个简单的例程,展示了如何使用LZ77算法来压缩和解压缩文本数据。

压缩过程:

初始化一个空的字典和输入数据的指针。 从指针位置开始,向后查找最长的与字典中已有字符串匹配的子串。 如果找到匹配的子串,则将其在字典中的索引和子串的长度作为压缩数据的一部分输出。 将指针移动到匹配子串的末尾继续查找下一个子串。 如果没有找到匹配的子串,则输出当前字符,并将它添加到字典中。 重复步骤2-5直到全部数据被处理。 解压缩过程:

初始化一个空的字典和输入数据的指针。 读取压缩数据的一部分。 如果数据表示匹配的索引和长度,根据字典中对应的索引取得对应的字符串,并输出。 如果数据表示原始字符,则直接输出。 将输出的字符串添加到字典中,并将指针移动到下一个位置。 重复步骤2-5直到全部压缩数据被处理。 以下是一个简单的Python例程,演示了如何使用LZ77算法来压缩和解压缩文本数据:

def compress_lz77(data, window_size, lookahead_buffer_size): dictionary = "" compressed_data = [] i = 0

while i < len(data):
    search_window_start = max(0, i - window_size)
    search_window_end = i
    search_window = data[search_window_start:search_window_end]
    match_length = 0
    match_index = 0

    for j in range(lookahead_buffer_size):
        if i + j >= len(data):
            break
        current_string = data[i:i+j+1]

        if current_string in search_window and len(current_string) > match_length:
            match_length = len(current_string)
            match_index = search_window.index(current_string)

    if match_length > 0:
        compressed_data.append((match_index, match_length))
        i += match_length
    else:
        compressed_data.append((0, 0))
        i += 1

    dictionary += data[i-1:i+match_length]

return compressed_data

def decompress_lz77(compressed_data, window_size): dictionary = "" decompressed_data = ""

for (match_index, match_length) in compressed_data:
    if match_length == 0:
        decompressed_data += dictionary[-1]
        dictionary += dictionary[-1]
    else:
        start_index = len(dictionary) - window_size
        dictionary += dictionary[start_index+match_index:start_index+match_index+match_length]
        decompressed_data += dictionary[-match_length:]

return decompressed_data

示例用法

data = "ababcbababaaaaaa" window_size = 5 lookahead_buffer_size = 3

compressed_data = compress_lz77(data, window_size, lookahead_buffer_size) decompressed_data = decompress_lz77(compressed_data, window_size)

print("原始数据:", data) print("压缩后的数据:", compressed_data) print("解压缩后的数据:", decompressed_data) 这个例程实现了LZ77算法的压缩和解压缩功能。它接受输入数据、窗口大小和向前搜索缓冲区大小作为参数,并返回压缩后的数据和解压缩后的数据。在示例中,输入数据为"ababcbababaaaaaa",窗口大小为5,向前搜索缓冲区大小为3。输出结果显示了压缩后的数据和解压缩后的数据。


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