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

26192. Медикаментозное лечение и психотерапия 15.73 KB
  Психотерапия Психотерапия является не альтернативой а важным дополнением к медикаментозному лечению депрессий. В отличие от медикаментозного лечения психотерапия предполагает более активную роль пациента в процессе лечения. Психотерапия помогает больным развить навыки эмоциональной саморегуляции и в дальнейшем более эффективно справляться с кризисными ситуациями не погружаясь в депрессию.
26193. Нарушения психической деятельности при маниакальных состояниях 11.65 KB
  Женщины заболевают примерно в 2 раза чаще чем мужчины.У подростков значительно чаще классических вариантов наблюдаются депрессии в форме психопатических эквивалентов с асоциальным поведением. Депрессивные фазы встречаются в несколько раз чаще.
26195. Виды личностных расстройств: шизоидное, шизотипическое 11.75 KB
  Шизоидное расстройство личности Люди страдающие шизоидным расстройством личности испытывают глубокую отчужденность в отношениях изза трудностей в выражении эмоций. Люди с шизоидным расстройством личности ведут замкнутый образ жизни и очень осторожны в контактах с другими людьми. Люди с шизоидным расстройством личности производят впечатление далеких и холодных. Шизотипическое расстройство личности Шизотипическое или шизофренияподобное расстройство личности характеризуется необычностью мыслей убеждений и идей.
26196. Истерическое расстройство личности 18.29 KB
  Симптомы истерического расстройства личности Особенностью истерической психики является отсутствие четких границ между продукцией собственного воображения и действительностью. Зависимое расстройство личности Люди которые подвержены этому заболеванию уверены в том что они абсолютно беспомощны некомпетентны в любой сфере жизнедеятельности. Человек имеющий зависимое расстройство личности постоянно полагается на окружающих ждет что ктото решит его вопросы и ничего не может предпринять самостоятельно.
26197. Виды личностных расстройств: обсессивно-компульсивное, антисоциальное 11.6 KB
  Антисоциальное расстройство личности Суть антисоциального расстройства личности в том что пациент демонстрирует полное неуважение к правам и чувствам других людей. Обсессивнокомпульсивное расстройство личности Люди с обсессивнокомпульсивным расстройством личности как правило озабочены экономией денег стремятся соблюсти во всем абсолютный порядок отказываются обращаться за помощью или сотрудничать с кемлибо так как считают других слишком беспечными и некомпетентными.
26198. Параноидальное расстройство личности, паранойя 17.14 KB
  Люди с параноидальным расстройством личности убеждены что действия со стороны других несут в себе угрозу или дискомфорт. Люди с параноидальным расстройством личности склонны проецировать свои чувства на других особенно когда речь идет о чувствах с которыми они сами не могут согласиться. Параноидальное расстройство личности не является проявлением шизофрении расстройства настроения с психотическими функциями и других психотических расстройств.
26199. Шизофрения 18.36 KB
  Симптоматология шизофрении многообразна и своеобразна. Легче перечислить психопатологические симптомы и синдромы которые не характерны для шизофрении чем те которые встречаются часто. Другие выявляются далеко не у всех больных шизофренией но точно появляются почти только при шизофрении разорванность мышления и речи и являются для этой болезни патогномоничными близкими к специфическим проявлениями. Как и в общей психопатологии в целом клинические проявления шизофрении принято разграничивать на отрицательные и положительные.
26200. Социальная адаптация больного шизофренией 11.38 KB
  В психиатрическом диспансере благодаря усилиям медицинского персонала больные заново учатся какимто жизненным навыкам: ведению домашнего хозяйства элементам личной гигиены ведению бюджета и т. Больные шизофренией в межприступный период вполне нормальные и обычные люди хорошо понимающие в чем суть их болезни и они хотят себе помочь им нужна лишь поддержка родных. Очень важно что бы больные продолжали свою трудовую деятельность на сколько позволяет их состояние. Шизофрения не изученная болезнь не ясны причины ее возникновения но...