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標(biāo)題: 字典算法 [打印本頁]

作者: 51黑tt    時(shí)間: 2016-3-5 17:36
標(biāo)題: 字典算法
最近寫了一個(gè)文件壓縮程序,采用的是字典壓縮算法中的一種。
首先介紹一下我的字典壓縮算法:
    字典壓縮算法就是用盡可以短(占用的二進(jìn)制bit 位)的標(biāo)記數(shù)據(jù),代替盡可能長(zhǎng)的 原始文件數(shù)據(jù),從而達(dá)到壓縮的效果。
總的來說,字典壓縮算法 可以理解為 一個(gè)壓縮機(jī)。 一頭輸入(從源文件中讀取數(shù)據(jù))要壓縮的數(shù)據(jù),另一頭輸出(輸入到壓縮文件)或不輸出。
與赫夫曼算法比較可知采用服 這種算法 內(nèi)存中不須要滯留 太多原始數(shù)據(jù),這里說的不須要滯留原始數(shù)據(jù)指的是不須要 先將要壓縮的全部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。因?yàn)檫@種算法不須要對(duì)整個(gè)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
當(dāng)然完全不要滯留是不可能的。這里要滯留的僅僅是字典。

首先我們明白    字典里裝的是什么     prefix (前綴)   和  suffix (后綴) .    例如:  index :1  content:  preffix : a   suffix : b  ;   
前綴可以是原始數(shù)據(jù)也可以是原始數(shù)據(jù)的標(biāo)記,我們知道對(duì)于任可數(shù)據(jù)都是由二進(jìn)制0或1組成的。所有我們?cè)谝淮巫x一個(gè)byte后得到的原始數(shù)據(jù)的范圍在0到255之間。 之所以能夠達(dá)到壓縮的效果是因?yàn)?br /> 我們可以用0到255范圍外的數(shù)來代替很多個(gè)原始byte 原始數(shù)據(jù)重復(fù)數(shù)據(jù)越多壓縮效果就越好。這很好理解,然而關(guān)鍵就是怎么才能做到用0到255范圍外的數(shù)據(jù)代替原來的數(shù)據(jù)呢。所以這里我們就要擴(kuò)展
數(shù)據(jù)位了。也就是說原來8個(gè)bit表示的數(shù)據(jù)現(xiàn)在我們要用9個(gè)bit來表示.最高位我們讓他為0,因?yàn)?位能表示的范圍達(dá)到了0到511。當(dāng)然我們也可能要擴(kuò)展到十二位來表示一個(gè)數(shù)據(jù)單元.這就取決于我們
的字典造多大。按理來說字典構(gòu)造得越大達(dá)到的壓縮效果是越好。但是這樣程序的復(fù)雜度也將增加。我采用的字典最大index 為4095,達(dá)到最大index后重新構(gòu)造字典 也就是十二個(gè)bit所能表示的范圍。
然而還有一個(gè)關(guān)鍵的問題就是我們解壓的時(shí)候怎么知道我們現(xiàn)在一次要讀多少個(gè)bit位,字典index 達(dá)到最大值后,怎么知道要重構(gòu)字典呢。所以我們還得加上6個(gè)數(shù)據(jù)擴(kuò)展標(biāo)記位(bit位有變時(shí)標(biāo)記),和一個(gè)字典重構(gòu)標(biāo)記。
達(dá)到擴(kuò)展數(shù)據(jù)位的方法就是位運(yùn)算。所以字典壓縮和 解壓程序整個(gè)就是位運(yùn)算.
下面就說壓縮算法:
先來一個(gè)例子,便于理解算法

input   index    prefix   suffix    string    outPut
A                      A     
B       263         A        B              AB         A

A       264         B        A             BA         B
B                 
A       265        263       A           ABA        263
B      
A            
B       266        265      B            ABAB       265
B       267         B        B             BB         B
B      
A       268      267       A             BBA         267
B      
A
B
A      269       266      A          ABABA       266
A      270       A          A            AA           A
C      271       A          C            AC           A
D      272       C          D            CD           C
A      273       D          A            DA           D
C
D      274      271       D          ACD          271
A
D      275      273       D          DAD          273   
C      276       D          C          DC            D
A      277       C           A          CA            C
B
A
A     278      265       A          ABAA          265
A
B     279      270       B          AAB            270
A
B     280      264       B          BAB            264
                                                               B
原始數(shù)據(jù)占用bit位數(shù):
32*8=256      
壓縮后數(shù)據(jù)占用bit位數(shù):
18*9=162
顯然 162<256 原始數(shù)據(jù)被壓縮了。
以C語言為例 字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為:
struct 標(biāo)號(hào){
               word       前綴;
               word      后綴;
};
結(jié)構(gòu)數(shù)組為:
標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào)組[4095];
壓縮算法如下:

int   當(dāng)前最大標(biāo)號(hào)=263;
word 前綴,后綴;
char輸入流[x];
int 輸入序號(hào)=0
然后,我們讀入第一個(gè)字符 A和第二個(gè)字符B 。
前綴=輸入流[輸入序號(hào)];
輸入序號(hào)++;
從這里開始,我們開始?jí)嚎s過程,直到把數(shù)據(jù)處理玩:
int I=263;
for(輸入序號(hào) ; 輸入序號(hào)<X ; 輸入序號(hào)++){
              后綴=輸入流[輸入序號(hào)];
              //查找當(dāng)前串在表中的位置
              bool found=false;
              while ( I<當(dāng)前最大標(biāo)號(hào) ) {
                     if ( 前綴 != 標(biāo)號(hào)組[I]。前綴) {I++;continue;}
                     if( 后綴 != 標(biāo)號(hào)組[I]。后綴 ) {I++;continue;}
                  
                    //找到了,就是這個(gè)串
                     found=true;
                     前綴=I;      //把當(dāng)前串規(guī)約到標(biāo)號(hào)
                     I++;
                     break;
              }
              if ( ! found ) {                     //沒找到,把這個(gè)串加到標(biāo)號(hào)組中
                     標(biāo)號(hào)組[當(dāng)前最大標(biāo)號(hào)]。前綴=前綴;
                     標(biāo)號(hào)組[當(dāng)前最大標(biāo)號(hào)]。后綴=后綴;
                     當(dāng)前最大標(biāo)號(hào)++;
                     
                     輸出 前綴
                    
                     前綴=后綴;
                     if (當(dāng)前最大標(biāo)號(hào)> 4095){           //已經(jīng)超過了最大的長(zhǎng)度
                            當(dāng)前最大標(biāo)號(hào)=263;
                           
                       輸出字典重構(gòu) 標(biāo)志;
                           
                     }
                     I=263;
              }




解壓是壓縮的逆過程:
如圖

input   index    prefix   suffix    stack    outPut
A                       A
B       263          A         B                         A
  
263    264       B          A                          B

265    265       263      A           AB           AB
B        266       265      B           ABA         ABA
267    267       B          B                           B
266    268      267      A            BB           BB
A        269        266     A           ABAB       ABAB
A        270        A         A                          A
C        271        A         C                          A
D        272        C        D                           C
271    273      D          A                           D  
273    274      271      D           AC            AC
D       275        273      D          DA            DA

C        276        D        C                           D
265    277      C          A                           C
270    278      265      A            ABA          ABA      
264    279      270      B            AA            AA
B        280        264     B           BA            BA   
                                                
                                                                B

解壓算法如下:
int   當(dāng)前標(biāo)號(hào)=263;
棧 stack;
int  前綴,后綴;
int 輸入流[x];
int 輸入序號(hào)=0
前綴=輸入流[輸入序號(hào)];
輸入流序號(hào)++;

for(輸入序號(hào) ; 輸入序號(hào)<X ; 輸入序號(hào)++){
  
   
標(biāo)號(hào)組[當(dāng)前標(biāo)號(hào)]。前綴=前綴;
   
   后綴=輸入流[輸入流序號(hào)];
   
  //確定當(dāng)前后綴
   if(當(dāng)前后綴<256){
標(biāo)號(hào)組[當(dāng)前標(biāo)號(hào)]。后綴=后綴;
   當(dāng)前標(biāo)號(hào)++;
}else {

后綴=標(biāo)號(hào)組[后綴]。前綴;

while(后綴>255){

后綴=標(biāo)號(hào)組[后綴]。前綴;
}
//在字典中找到了原始數(shù)據(jù)前綴
   標(biāo)號(hào)組[當(dāng)前標(biāo)號(hào)]。后綴=后綴;
    當(dāng)前標(biāo)號(hào)++;
}
//確定前綴并輸出
   if(前綴<256){
   
    輸出 (char)前綴;
} else{ /*前綴不是原始數(shù)據(jù)*/

              push(標(biāo)號(hào)組[前綴].后綴);//字典中序號(hào)為當(dāng)前前綴的,結(jié)構(gòu)體后綴入棧
               if((標(biāo)號(hào)組[前綴].前綴)<256){ //字典中序號(hào)為當(dāng)前前綴的,結(jié)構(gòu)體前綴為原始數(shù)據(jù),則入棧
               push(標(biāo)號(hào)[前綴].前綴);   // 入棧

               }else{
                       前綴=標(biāo)號(hào)組[前綴].前綴;
                      while(前綴>256){/*字典中序號(hào)為當(dāng)前前綴的,結(jié)構(gòu)體前綴為原始數(shù)據(jù)的標(biāo)記*/
                          push(標(biāo)號(hào)組[前綴].后綴);//后綴入棧
                           前綴=標(biāo)號(hào)組[前綴].前綴;改變當(dāng)前前綴

                       }

                       
               //字典中找到了序號(hào)為當(dāng)前前綴的,結(jié)構(gòu)體前綴為原始數(shù)據(jù)
                       push(前綴)//前綴入棧
                while(stack不空){
                  
                  輸出(pop());
                  }
               }
  
           前綴=輸入流[輸入流序號(hào)];
}






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