LZW压缩算法

LZW编码

LZW算法和LZ78算法在编码方式上的不同：

• 输出只包含码字，其目的是克服发送每段最后一个未压缩字符造成的低效率。
• LZW只输出代表词典中的缀-符串的码字。这就意味着开始时词典不能为空。开始状态，词典中必须包含可能在字符流中出现的所有的单个字符，把这些单个字符称为前缀根。

LZW编码算法的步骤：

步骤1： 开始时的词典包含所有可能的根(Root)，当前前缀P为空；

步骤2： 当前字符(Char) ：=字符流中的下一个字符；

步骤3： 判断缀-符串P+ Char是否在词典中

(1) 如果"是"：P ：= P+ Char // (用Char扩展P) ；

(2) 如果"否"：① 把代表当前前缀P的码字输出到码字流;

② 把缀-符串P+ Char添加到词典;

③ 令P ：= Char //(现在P仅包含一个字符Char);

步骤4：判断字符流中是否还有字符需要编码

(1) 如果"是"，就返回到步骤2；

(2) 如果"否"

① 把代表当前前缀P的码字输出到码字流;

② 结束。

LZW译码过程：

开始时的词典包含所有可能的根(Root)；

步骤1：当前码字(cW) ：=码字流中的待解码的下一个码字；

查词典，输出Dictionary [cW]；

步骤2：先前码字（pW）：=当前码字（cW）;

步骤3：判断码字流中是否还有需要解码的码字，

(1) 如果"是"：当前码字(cW) ：=码字流中的待解码的下一个码字；

判断Dictionary [cW]是否为空（即词典中是否已经有序号为cW的项）

（a）如果"是"：

①查词典，输出Dictionary [cW]；

②prefix:=Dictionary [pW] ；

③Char：=first Character of

Dictionary[cW] ；

④添加词典项Prefix+char；

⑤pW:=cW;

（b）如果"否":

①prefix:=Dictionary [pW] ；

②Char：=first Character of prefix;

③添加词典项Prefix+char；

④查词典，输出Dictionary [cW]；

⑤pW:=cW;

重复步骤3；

算法实现（C#）

1. /// <summary>
2. /// 编码器类
3. /// </summary>
4. public static class Encoder
5. {
6.     /// <summary>
7.     /// 词典
8.     /// </summary>
9.     static List<Dictionary> D = new List<Dictionary>();
10.  
11.     /// <summary>
12.     /// 在词典中查找相应串
13.     /// </summary>
14.     /// <param name="item"></param>
15.     /// <param name="D"></param>
16.     /// <returns></returns>
17.     static bool Find(string item, List<Dictionary> D)
18.     {
19.         foreach (Dictionary d in D)
20.             if (d.content == item)
21.                 return true;
22.         return false;
23.     }
24.  
25.     /// <summary>
26.     /// 将一个条目加入词典
27.     /// </summary>
28.     /// <param name="item"></param>
29.     /// <param name="D"></param>
30.     static void AddToDic(string item, List<Dictionary> D)
31.     {
32.         int maxID;
33.         if (D.Count == 0)
34.             maxID = 0;
35.         else
36.             maxID = D.Last().id;
37.  
38.         D.Add(new Dictionary(maxID + 1, item));
39.     }
40.  
41.     /// <summary>
42.     /// 初始化词典
43.     /// </summary>
44.     /// <param name="str"></param>
45.     public static void InitializeDictionary(string str) /*由于LZW算法必须有一个初始词典，因此在这里将词典初始化*/
46.     {
47.         foreach (char c in str)
48.         {
49.             if (!Find(c.ToString(), D))
50.             {
51.                 AddToDic(c.ToString(), D);
52.             }
53.         }
54.     }
55.  
56.     /// <summary>
57.     /// 根据词典条目内容查找相应编号
58.     /// </summary>
59.     /// <param name="item"></param>
60.     /// <param name="D"></param>
61.     /// <returns></returns>
62.     static int GetDicID(string item, List<Dictionary> D)
63.     {
64.         foreach (Dictionary d in D)
65.             if (d.content == item)
66.                 return d.id;
67.         return 0;
68.     }
69.  
70.     /// <summary>
71.     /// 执行LZW编码算法
72.     /// </summary>
73.     /// <param name="str"></param>
74.     public static void Execute(string str)
75.     {
76.         char CHAR = (char)0;
77.         string P = string.Empty;
78.  
79.         InitializeDictionary(str);
80.  
81.         foreach (char c in str)
82.         {
83.             CHAR = c;
84.             if (Find((P+CHAR.ToString()), D))
85.             {
86.                 P += CHAR;
87.             }
88.             else
89.             {
90.                 Console.Write("{0},", GetDicID(P,D));
91.                 AddToDic(P + CHAR, D);
92.                 P = CHAR.ToString();
93.             }
94.         }
95.         Console.Write("{0}", GetDicID(P, D));
96.         Console.WriteLine();
97.     }
98. }

1. /// <summary>
2. /// 解码器类
3. /// </summary>
4. public static class Decoder
5. {
6.     /// <summary>
7.     /// 词典
8.     /// </summary>
9.     static List<Dictionary> D = new List<Dictionary>();
10.  
11.     /// <summary>
12.     /// 初始化词典，解码算法中需手工输入
13.     /// </summary>
14.     public static void GetDictionary() //解码算法需手工输入初始词典
15.     {
16.         ShowInputHelp();
17.         while (true)
18.         {
19.             string content = Console.ReadLine();
20.             string[] items = content.Split(' ');
21.             if (Convert.ToInt32(items[0]) != 0)
22.             {
23.                 int id = Convert.ToInt32(items[0]);
24.                 string ch = items[1];
25.                 D.Add(new Dictionary(id, ch));
26.             }
27.             else break;
28.         }
29.     }
30.  
31.     /// <summary>
32.     /// 输入方法说明
33.     /// </summary>
34.     static void ShowInputHelp()
35.     {
36.         Console.WriteLine("请输入初始词典:");
37.         Console.WriteLine("格式：");
38.         Console.WriteLine("每行输入一个条目，编号与字符串之间以逗号分隔，以0结束");
39.     }
40.  
41.     /// <summary>
42.     /// 根据词典序号找出词典内容
43.     /// </summary>
44.     /// <param name="id"></param>
45.     /// <param name="D"></param>
46.     /// <returns></returns>
47.     static string GetContext(int id, List<Dictionary> D)
48.     {
49.         foreach (Dictionary d in D)
50.         {
51.             if (d.id == id)
52.                 return d.content;
53.         }
54.         return string.Empty;
55.     }
56.  
57.     /// <summary>
58.     /// 将一个条目加入词典
59.     /// </summary>
60.     /// <param name="item"></param>
61.     /// <param name="D"></param>
62.     static void AddToDic(string item, List<Dictionary> D)
63.     {
64.         int maxID;
65.         if (D.Count == 0)
66.             maxID = 0;
67.         else
68.             maxID = D.Last().id;
69.  
70.         D.Add(new Dictionary(maxID + 1, item));
71.     }
72.  
73.     /// <summary>
74.     /// 执行LZW解码算法
75.     /// </summary>
76.     /// <param name="str"></param>
77.     public static void Execute(string str)
78.     {
79.         string[] codeStream = str.Split(',');
80.         int cW = 0, pW = 0;
81.         char CHAR = (char)0;
82.         string prefix = string.Empty;
83.         int count = 1;
84.  
85.         foreach (string code in codeStream)
86.         {
87.             if (count == 1)
88.             {
89.                 cW = Convert.ToInt32(code);
90.                 Console.Write(GetContext(cW, D));
91.                 pW = cW;
92.                 count++;
93.                 continue;
94.             }
95.             if (count > 1)
96.             {
97.                 cW = Convert.ToInt32(code);
98.                 if (GetContext(cW, D) != string.Empty)
99.                 {
100.                     Console.Write(GetContext(cW, D));
101.                     prefix = GetContext(pW, D);
102.                     CHAR = GetContext(cW, D).First();
103.                     AddToDic(prefix + CHAR, D);
104.                     pW = cW;
105.                 }
106.                 else
107.                 {
108.                     prefix = GetContext(pW, D);
109.                     CHAR = prefix.First();
110.                     AddToDic(prefix + CHAR, D);
111.                     Console.Write(GetContext(cW, D));
112.                     pW = cW;
113.                 }
114.             }
115.         }
116.         Console.WriteLine();
117.     }
118. }

主函数代码省略，执行效果如下：

本例中要编码的字符串有14个字符，压缩后的编码有10个数字，按实际字节算，压缩率为65%。

源代码下载：http://files.cnblogs.com/ryuasuka/LZW.rar