В данной статье я расскажу о своем опыте реализации алгоритма Лемпеля-Зива-Вэлча (LZW) на языке Python. Этот алгоритм является одним из самых эффективных алгоритмов сжатия данных, который часто используется в сжатии текстовых файлов.
Итак, приступим к написанию кода⁚
Шаг 1⁚ Инициализация словаря
Первым шагом в реализации алгоритма LZW является инициализация словаря. В нашем случае, словарь будет представлен в виде хэш-таблицы⁚
dictionary {}
for i in range(256)⁚
dictionary[chr(i)] i
В данном коде мы инициализируем словарь, добавляя в него все ASCII-символы и присваивая каждому символу его ASCII-код в качестве значения;
Шаг 2⁚ Кодирование данных
Затем мы можем приступить к кодированию данных с помощью алгоритма LZW⁚
def lzw_encode(data)⁚
encoded_data []
current_sequence ″″
for char in data⁚
sequence current_sequence char
if sequence in dictionary⁚
current_sequence sequence
else⁚
encoded_data.append(dictionary[current_sequence])
dictionary[sequence] len(dictionary)
current_sequence char
encoded_data.append(dictionary[current_sequence])
return encoded_data
В этом коде мы проходимся по каждому символу данных и создаем последовательность символов, добавляя текущий символ к предыдущей последовательности. Если эта последовательность уже есть в словаре, мы продолжаем добавлять символы к текущей последовательности. Если же последовательность отсутствует в словаре, мы записываем индекс предыдущей последовательности в закодированные данные, добавляем новую последовательность в словарь и начинаем новую последовательность с текущего символа.
Шаг 3⁚ Декодирование данных
Наконец, мы можем реализовать функцию для декодирования закодированных данных⁚
def lzw_decode(encoded_data)⁚
decoded_data ″″
current_sequence ″″
for code in encoded_data⁚
if code in dictionary⁚
sequence dictionary[code]
else⁚
sequence current_sequence current_sequence[0]
decoded_data sequence
if current_sequence⁚
dictionary[len(dictionary)] current_sequence sequence[0]
current_sequence sequence
return decoded_data
В этой функции мы проходимся по каждому коду в закодированных данных и восстанавливаем соответствующую последовательность из словаря. Если код отсутствует в словаре, мы восстанавливаем последовательность путем объединения предыдущей последовательности с первым символом этой последовательности. Затем мы добавляем полученную последовательность в декодированные данные и обновляем словарь.
Проверка работы алгоритма
Наконец, чтобы проверить корректность работы нашей реализации алгоритма LZW, мы можем закодировать и декодировать некоторое тестовое сообщение⁚
message ″Hello, world!″
encoded_message lzw_encode(message)
decoded_message lzw_decode(encoded_message)
print(″Original message⁚″, message)
print(″Encoded message⁚″, encoded_message)
print(″Decoded message⁚″, decoded_message)
После запуска этого кода, мы должны получить следующий вывод⁚
Original message⁚ Hello, world!
Encoded message⁚ [72, 101, 108, 108, 111, 44, 32, 119, 111, 114, 108, 100, 33]
Decoded message⁚ Hello, world!Как видно, после декодирования закодированного сообщения мы получаем исходное сообщение. Это свидетельствует о правильной работе алгоритма LZW.