91581

Алгоритм Зива-Лемпеля

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Кроме строки L создается индекс I исходной строки S в упорядоченном списке вращений. Существует эффективный алгоритм восстановления исходной последовательности символов S на основе строки L и индекса I. Формируем матрицу из NN элементов чьи строки представляют собой результаты циклического сдвига вращений исходной последовательности S отсортированных лексикографически. Пусть I является индексом строки S.

Русский

2015-07-21

40.2 KB

2 чел.

Алгоритм Зива-Лемпеля

Большинство алгоритмов сжатия базируется на последовательной схеме сжатия Лемпеля-Зива (Lempel-Ziv, 1977). Этот алгоритм используется, в частности, стандартной процедурой UNIX Compress. Методики со статистическим моделированием могут обеспечить лучшее сжатие, но они заметно медленнее. Но существует алгоритм, который совмещает в себе лучшие из черт названных выше. Этот алгоритм не предусматривает последовательной обработки входных данных, а обрабатывает текст поблочно. Здесь используется обратимое преобразование блока данных к виду, который позволяет эффективно сжать данные с помощью простых алгоритмов. Преобразование имеет целью сгруппировать символы так, чтобы вероятность появления последовательностей идентичных символов значительно возросла. Такой текст может быть легко сжат посредством локально-адаптивных алгоритмов в сочетании с кодировкой Хафмана и арифметической кодировкой.

Последовательность S, содержащая N символов ({S(0),… S(N-1)}), подвергается N циклическим сдвигам (вращениям), лексикографической сортировке, а последний символ при каждом вращении извлекается. Из этих символов формируется строка L, где i-ый символ является последним символом i-го вращения. Кроме строки L создается индекс I исходной строки S в упорядоченном списке вращений. Существует эффективный алгоритм восстановления исходной последовательности символов S на основе строки L и индекса I. Процедура сортировки объединяет результаты вращений с идентичными начальными символами. Предполагается, что символы в S соответствуют алфавиту, содержащему K символов.

Для пояснения работы алгоритма возьмем последовательность S= “abraca” (N=6), алфавит X = {‘a’,’b’,’c’,’r’}.

1. Формируем матрицу из N*N элементов, чьи строки представляют собой результаты циклического сдвига (вращений) исходной последовательности S, отсортированных лексикографически. По крайней мере одна из строк M содержит исходную последовательность S. Пусть I является индексом строки S. В приведенном примере индекс I=1, а матрица M имеет вид:

Номер строки

0

aabrac

1

abraca

2

acaabr

3

bracaa

4

caabra

5

racaab

2. Пусть строка L представляет собой последнюю колонку матрицы M с символами L[0],…,L[N-1] (соответствуют M[0,N-1],…,M[N-1,N-1]). Формируем строку последних символов вращений. Окончательный результат характеризуется (L,I). В данном примере L=’caraab’, I =1.

Процедура декомпрессии использует L и I. Целью этой процедуры является получение исходной последовательности из N символов (S).

1. Сначала вычисляем первую колонку матрицы M (F). Это делается путем сортировки символов строки L. Каждая колонка исходной матрицы M представляет собой перестановки исходной последовательности S. Таким образом, первая колонка F и L являются перестановками S. Так как строки в M упорядочены, размещение символов в F также упорядочено. F=’aaabcr’.

2. Рассматриваем ряды матрицы M, которые начинаются с заданного символа ch. Строки матрицы М упорядочены лексикографически, поэтому строки, начинающиеся с ch упорядочены аналогичным образом. Определим матрицу M’, которая получается из строк матрицы M путем циклического сдвига на один символ вправо. Для каждого i=0,…, N-1 и каждого j=0,…,N-1,

M’[i,j] = m[i,(j-1) mod N]

В рассмотренном примере M и M’ имеют вид:

Строка

M

M’

0

aabrac

caabra

1

abraca

aabraс

2

acaabr

racaab

3

bracaa

abraca

4

caabra

acaabr

5

racaab

bracaa

Подобно M каждая строка M’ является вращением S, и для каждой строки M существует соответствующая строка M’. M’ получена из M так, что строки M’ упорядочены лексикографически, начиная со второго символа. Таким образом, если мы рассмотрим только те строки M’, которые начинаются с заданного символа ch, они должны следовать упорядоченным образом с учетом второго символа. Следовательно, для любого заданного символа ch, строки M, которые начинаются с ch, появляются в том же порядке что и в M’, начинающиеся с ch. В нашем примере это видно на примере строк, начинающихся с ‘a’. Строки ‘aabrac’, ‘abraca’ и ‘acaabr’ имеют номера 0, 1 и 2 в M и 1, 3, 4 в M’.

Используя F и L, первые колонки M и M’ мы вычислим вектор Т, который указывает на соответствие между строками двух матриц, с учетом того, что для каждого j = 0,…,N-1 строки j M’ соответствуют строкам T[j] M.

Если L[j] является к-ым появлением ch в L, тогда T[j]=1, где F[i] является к-ым появлением ch в F. Заметьте, что Т представляет соответствие один в один между элементами F и элементами L, а F[T[j]] = L[j]. В нашем примере T равно: (4 0 5 1 2 3).

3. Теперь для каждого i = 0,…, N-1 символы L[i] и F[i] являются соответственно последними и первыми символами строки i матрицы M. Так как каждая строка является вращением S, символ L[i] является циклическим предшественником символа F[i] в S. Из Т мы имеем F[T[j]] = L[j]. Подставляя i =T[j], мы получаем символ L[T(j)], который циклически предшествует символу L[j] в S.

Индекс I указывает на строку М, где записана строка S. Таким образом, последний символ S равен L[I]. Мы используем вектор T для получения предшественников каждого символа: для каждого i = 0,…,N-1 S[N-1-i] = L[Ti[I]], где T0[x] =x, а Ti+1[x] = T[Ti[x]. Эта процедура позволяет восстановить первоначальную последовательность символов S (‘abraca’).

Последовательность Ti[I] для i =0,…,N-1 не обязательно является перестановкой чисел 0,…,N-1. Если исходная последовательность S является формой Zp для некоторой подстановки Z и для некоторого p>1, тогда последовательность Ti[I] для i = 0,…,N-1 будет также формой Z’p для некоторой субпоследовательности Z’. Таким образом, если S = ‘cancan’, Z = ‘can’ и p=2, последовательность Ti[I] для i = 0,…,N-1 будет [2,4,0,2,4,0].

Описанный выше алгоритм упорядочивает вращения исходной последовательности символов S и формирует строку L, состоящую из последних символов вращений. Для того, чтобы понять, почему такое упорядочение приводит к более эффективному сжатию, рассмотрим воздействие на отдельную букву в обычном слове английского текста.

Возьмем в качестве примера букву “t” в слове ‘the’ и предположим, что исходная последовательность содержит много таких слов. Когда список вращений упорядочен, все вращения, начинающиеся с ‘he’, будут взаимно упорядочены. Один отрезок строки L будет содержать непропорционально большое число ‘t’, перемешанных с другими символами, которые могут предшествовать ‘he’, такими как пробел, ‘s’, ‘T’ и ‘S’.

Аналогичные аргументы могут быть использованы для всех символов всех слов, таким образом, любая область строки L будет содержать большое число некоторых символов. В результате вероятность того, что символ ‘ch’ встретится в данной точке L, весьма велика, если ch встречается вблизи этой точки L, и мала в противоположном случае. Это свойство способствует эффективной работе локально адаптивных алгоритмов сжатия, где кодируется относительное положение идентичных символов. В случае применения к строке L, такой кодировщик будет выдавать малые числа, которые могут способствовать эффективной работе последующего кодирования, например, посредством алгоритма Хафмана.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52163. Амбіції та плани 2.61 MB
  So, you’ve understood that our today’s topic is «Jobs and Skills» and, what more, during lesson we are going to find out what skills a person needs to do his (her) job well, what professions are most demanded nowadays, what are the most suitable jobs for teenagers, how ambitious you are.
52164. Зелений агресор – амброзія полинолиста 100 KB
  Цілі: На прикладі амброзії полинолистої показати роль рослин в екосистемах. Тип уроку: практична робота з елементами бесіди Обладнання: гербарій амброзії полинолистої мультимедійна презентація робочий зошит Організаційний момент Мотивація навчальної діяльності Учитель. На мультимедійній дошці зявляється слайд з зображенням амброзії полинолистої Як ви здогадалися це амброзія полинолиста.Розглянути слайд презентації та гербарний екземпляр амброзії полинолистої.
52165. Північна Америка. Загальні відомості, особливості фізико-географічного положення, Історія відкриття та освоєння Північної Америки 46 KB
  Тема уроку: Північна Америка. Обладнання: атласи контурні карти стінні карти Північна Америка Карта півкуль підручник слайди для мультимедійної дошки. Отже ми починаємо вивчати материк Північна Америка. Розповідь вчителя За своєю площею 204 млн км2а з островами 244 млн км2 Північна Америка посідає третє місце серед континентів планети.
52166. ПІВНІЧНА АМЕРИКА 67 KB
  Завдання етапу: Назвіть і покажіть на карті крайні точки материка. За яким планом вивчають материк Розкажіть план характеристики географічного положення материка та поясніть чому опис материка починається з характеристики його географічного положення 4.Опишіть географічне положення материка.Яка площа Північної Америки Порівняйте з іншими материками.
52167. Населення та політична карта Північної Америки. Українська діаспора 69.5 KB
  Міхелі фізична карта світу політична карта світу атласи таблиці картини про США та Канаду. Найбільші країни це США Канада Мексика а також на крайньому півдні та островах Карибського моря багато дрібних за площею держав та залежних територій.197 Виписати країни та їх столиці учні виписують к стовпчик за зразком США Вашингтон Канада Оттава...
52168. Геологічна будова та рельєф Північної Америки. Корисні копалини 50 KB
  Мета: сформувати нові поняття; дати знання про особливості будови земної кори Північної Америки та залежність рельєфу від геологічної будови материки; сформувати знання про вплив на рельєф материка ендогенних і екзогенних сил; закріпити знання про зв'язок між складом гірських порід і розміщенням родовищ...
52169. Геологічна будова та рельєф Північної Америки. Корисні копалини 310.5 KB
  Мета: сформувати нові поняття; дати знання про особливості будові земної кори Північної Америки та залежність рельєфу від геологічної будови материка; ; сформувати знання про впив на рельєф материка ендогенних та екзогенних сил; закріпити знання про зв`язок між складом гірських пород і розміщення родовищ корисних копалин; продовжувати формування навичок аналізу тематичних карт; розвивати увагу спостередливість творчі здібності. Обладнання: фізична карта Північної Америки атлас підручник. Географічне положення Північної Америки.
52170. Население и политическая карта Северной Америки 121.5 KB
  Цель: дать характеристику населения Северной Америки численность неравномерность размещения по территории расовый состав и политической карты материка. Прерии Северной Америки расположены: а в Кордильерах; б на Великих и Центральных равнинах; в на побережье Атлантического океана; г на севере материка. Какие факторы нарушают зональность природы материка а морские течения; б рельеф; в изрезанность береговой линии. Кем и в каком году была открыта Америка Колонизация материка изменила состав населения.
52171. Географічне положення Північної Америки. Історія відкриття та освоєння материка 31 KB
  Історія відкриття та освоєння материка. Практична робота №8 продовження Мета: cформувати в учнів знання про основні риси географічного положення материка удосконалювати роботу з картами; розвивати пізнавальний інтерес вміння працювати в колективі аналізувати робити висновки; виховувати культуру спілкування самостійність розширювати кругозір дітей щодо історії відкриття та освоєння материка. Колумба план вивчення материка відео...