LZ77算法简介及Java实现
引言
在数据传输和存储过程中，常常需要对数据进行压缩，以减少占用的空间和提高传输效率。LZ77（Lempel-Ziv 1977）算法是一种无损数据压缩算法，由Abraham Lempel和Jacob Ziv在1977年提出。该算法通过利用数据中的重复模式来进行压缩，即将重复出现的片段用指针表示，从而达到压缩数据的目的。
本文将介绍LZ77算法的基本原理，并使用Java语言实现该算法。
1. LZ77算法原理
LZ77算法的核心思想是利用已经出现过的数据片段来表示当前的数据片段，从而达到压缩数据的目的。算法以滑动窗口为基础，将数据分为两部分：滑动窗口（Lookahead Window）和搜索缓冲区（Search Buffer）。
滑动窗口包含已经传输的数据片段，搜索缓冲区包含尚未传输的数据片段。在每次压缩过程中，算法从滑动窗口和搜索缓冲区中寻找匹配的最长片段，并将匹配片段的指针和后继字符输出。
LZ77算法的过程可以简述为以下三个步骤：
- 选择滑动窗口和搜索缓冲区的初始大小。
- 在搜索缓冲区中寻找与滑动窗口中最长的匹配片段。
- 输出匹配片段的指针和后继字符，并将滑动窗口和搜索缓冲区进行更新。
下面通过一个示例来说明LZ77算法的具体过程。
假设输入数据为："ABCDABDABCDABCD"，滑动窗口大小为5，搜索缓冲区大小为10。
步骤1：选择滑动窗口和搜索缓冲区的初始大小
滑动窗口为 "ABCDA"，搜索缓冲区为 "BDABCDABCD"。
步骤2：寻找匹配片段
从滑动窗口和搜索缓冲区中寻找与滑动窗口中最长的匹配片段，即 "ABCDA" 和 "BDABCDABCD" 中的最长匹配片段为 "ABCD"。
步骤3：输出匹配片段的指针和后继字符
将匹配片段的指针（相对滑动窗口的偏移量）和后继字符输出为 (4, 'B')。
更新滑动窗口和搜索缓冲区，滑动窗口变为 "CDAB"，搜索缓冲区变为 "DABCDABCD"。
重复步骤2和步骤3，直到搜索缓冲区中的数据全部输出。
2. Java实现LZ77算法
import java.util.ArrayList;
public class LZ77 {
private static final int WINDOW_SIZE = 5;
private static final int BUFFER_SIZE = 10;
public static ArrayList<Token> compress(String input) {
ArrayList<Token> tokens = new ArrayList<Token>();
int i = 0;
while (i < input.length()) {
int length = 0;
int offset = 0;
char nextChar = input.charAt(i);
for (int j = Math.max(i - WINDOW_SIZE, 0); j < i; j++) {
int k = 0;
while (k < BUFFER_SIZE && i + k < input.length() && input.charAt(j + k) == input.charAt(i + k)) {
k++;
}
if (k > length) {
length = k;
offset = i - j;
nextChar = input.charAt(i + k);
}
}
tokens.add(new Token(offset, length, nextChar));
i += length + 1;
}
return tokens;
}
public static String decompress(ArrayList<Token> tokens) {
StringBuilder output = new StringBuilder();
for (Token token : tokens) {
int startIndex = output.length() - token.getOffset();
int endIndex = startIndex + token.getLength();
