LZW压缩算法——简明原理与实现

来源：互联网发布：8051单片机引脚图编辑：程序博客网时间：2024/05/21 15:07

LZW和哈夫曼编码一样，是无损压缩中的一种。该算法通过建立字典，实现字符重用与编码，适用于source中重复率很高的文本压缩。本文首先讲下LZW的编解码原理，然后给出LZW的实现code。

*********************原理*********************

编码：

编码0-255用来存储Ascii码为[0,255]的字符，放在字典里。
编码从256开始，将出现过的字符计入字典
核心思想：利用字符的可重用性，每当往结果输出一个编码，就将一个新的string存入dictionary

算法流程：

举例：

解码：

编码的逆过程，若编码是string到int的映射，我们可以将解码过程描述为int到string的映射。

LZW算法的解码无需在编码过程中存储字典（这样太浪费空间了）
解码初始化依旧用256个Ascii码，后面每读入一个编码（int），检查其在dictionary中的映射，并不断将新的映射加入字典

算法流程：

解码的例子建议读者用下面的代码直接调试吧~

*********************实现*********************

我用C++实现的，Compress和Decompress两个函数分别实现编解码

[cpp] view plain copy
/************************************************************************/  
/*  File Name: LZW.cpp 
*       @Function: Lossless Compression 
        @Author: Sophia Zhang  
        @Create Time: 2012-9-19 10:00 
        @Last Modify: 2012-9-19 11:10 
*/  
/************************************************************************/  
  
#include"iostream"  
#include "map"  
#include "string"  
#include "iterator"  
#include "vector"  
using namespace std;  
  
/************************************************************************/  
/*  Compress Module 
*       input:  
            str - the string need to be compressed 
            result - compress result 
*/  
/************************************************************************/  
template<typename TypeIterator>  
TypeIterator Compress(string str, TypeIterator result)  
{  
    //Build the dictionary  
    map<string,int>dictionary;  
    int Dictsize=256;  
    for(int i=0;i<Dictsize;i++)  
        dictionary[string(1,i)]=i;  
  
    char z;  
    string S;  
  
    for(string::const_iterator it = str.begin(); it!=str.end(); it++)  
    {  
         z = *it;  
          
         if(dictionary.count(S+z))//can find S  
             S+=z;  
         else//S is not in dictionary D  
         {  
             *result++ = dictionary[S]; //output pointer (S,D)  
             dictionary[S+z] = Dictsize++; //add to dictionary  
             S = z;  
         }  
    }  
    if(!S.empty())  
        *result++ = dictionary[S];  
    return result;  
}  
  
/************************************************************************/  
/*  Decompress Module 
*       input:  
            TypeIterator result - compression result, to be decompressed 
*/  
/************************************************************************/  
template<typename TypeIterator>  
string Decompress(TypeIterator result)  
{  
    map<int,string>inv_dictionary;  
    int Dictsize=256;  
    for(int i=0;i<Dictsize;i++)  
        inv_dictionary[i] = string(1,i);  
  
    char z;  
    string S;  
    string entry;  
    string res;  
    Dictsize--;//because the first "Dictsize++" make no sense, it has only one char in [0,255]  
  
    for(TypeIterator::iterator it = result.begin(); it!=result.end(); it++)  
    {  
        int k = *it;  
        if(inv_dictionary.count(k))  
            entry = inv_dictionary[k];  
        else if(k==Dictsize)  
            entry = S+ S[0];  
        else  
            throw "Bad compression code";  
  
        res += entry;  
          
        inv_dictionary[Dictsize++] = S + entry[0];  
        S = entry;  
    }  
    return res;  
}  
  
  
int main()  
{  
    typedef vector<int> TypeIterator;  
    TypeIterator compress_res;  
    string S = "the/rain/in/Spain/falls/mainly/on/the/plain";  
    Compress(S,std::back_inserter(compress_res));  
//  copy(compress_res.begin(),compress_res.end(),std::ostream_iterator<int>(std::cout,","));  
//  std::cout<<std::endl;  
  
    //output the compressed result  
    for( TypeIterator::iterator it= compress_res.begin(); it!=compress_res.end(); it++)  
        cout<<(*it)<<endl;  
  
    //decompress the compressed result  
    string decompress = Decompress(compress_res);  
    cout<<decompress<<endl;  
}  

result：

Reference：

1. http://www.stringology.org/DataCompression/lzw-e/index_en.html

2. http://www.dspguide.com/ch27/5.htm

3. http://marknelson.us/1989/10/01/lzw-data-compression/

4. http://www.ccs.neu.edu/home/jnl22/oldsite/cshonor/jeff.html

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