LZ77压缩算法是一种无损数据压缩算法,由Abraham Lempel和Jacob Ziv于1977年发明。它是一种基于字典的压缩技术,通过查找数据中重复出现的字符串序列来实现压缩。LZ77算法的核心思想是使用一个动态的滑动窗口和一个预读缓冲区(lookahead buffer)。

工作原理:

  1. 滑动窗口(Sliding Window):这是历史缓冲区,用来存放输入流的前n个字节的信息。
  2. 预读缓冲区(Lookahead Buffer):这是用来存放输入流的接下来的n个字节,通常大小在0到258字节之间。

压缩过程:

  1. 查找匹配:编码器在滑动窗口中查找与待编码区(lookahead buffer)匹配的字符串。
  2. 确定偏移和长度:如果找到匹配,确定匹配字符串的开始位置与待编码区的距离(偏移值)以及匹配的长度。
  3. 输出编码:编码器输出一个由偏移值和匹配长度组成的对,以及待编码区的下一个字符(如果没有匹配)。
  4. 窗口滑动:完成编码后,滑动窗口根据匹配长度向前滑动,继续编码过程。

特点:

  • LZ77算法不是一种具体的算法实现,而是一种压缩编码理论,具体实现可以有多种变体,如LZSS、LZW等。
  • 它是一种无损压缩,意味着原始数据可以从压缩数据中完全恢复。
  • 压缩效果依赖于数据中的重复模式,对于有大量重复的文本,压缩效果较好。

应用:

LZ77算法及其变种广泛应用于各种压缩格式和应用程序中,包括但不限于ZIP文件压缩、GIF图像压缩等。

示例:

对于字符串”AABCBBABC”,LZ77算法可能会这样编码:

  • 首先编码”A”,因为没有匹配,输出(0,0,A)。
  • 然后编码”A”,找到匹配,输出(1,1)表示向前回溯1个字符,复制1个字符长度。
  • 继续编码,可能会输出(2,3)表示向前回溯2个字符,复制3个字符长度,依此类推。

LZ77算法是数据压缩领域的基础之一,其理念影响了后续许多压缩算法的发展。