无损压缩
霍夫曼编码按概率分配变长码字,算术编码实现任意精度压缩,Lempel-Ziv 系列(如 ZIP)在数据流中寻找重复模式。
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参考可汗学院 Get ready 机制:先修概念 → 当前概念 → 进阶概念,✓ 表示已读。
01定义
无损压缩剔除统计冗余、保留全部信息:霍夫曼编码按概率分配变长码字,算术编码把整条消息编码为一个区间逼近熵极限,LZ 系列在数据流中引用重复模式——ZIP、PNG、gzip 背后的三大家族。
02核心要点
01
霍夫曼与最优前缀码
贪心合并最小概率节点构造二叉树:所得前缀码在整数码长中最优,平均长度 ;符号概率为 2 的负幂时恰达到熵。
02
算术编码
按累积概率把消息映射到 的子区间,区间端点二进制展开即码字:每符号平均码长任意逼近 ——突破霍夫曼的整数码长限制。
03
字典方法
LZ77(滑动窗口引用)与 LZ78/LZW(显式字典)无需预知概率即可通用压缩:DEFLATE = LZ77 + 霍夫曼,是 gzip/PNG/ZIP 的共同内核。
03关键公式
04历史沿革
香农 1948 年给出熵下界与费诺编码;霍夫曼 1952 年作为课程作业发明最优前缀码;Lempel 与 Ziv 1977-78 年提出字典压缩,成为通用压缩的事实标准。
05应用与延伸
文件压缩(ZIP、7z)、无损图像(PNG、FLIF)、文本索引与搜索(倒排索引 + 压缩)、基因组序列压缩。
06交互演示
哈夫曼编码:最优前缀码逐步合并最小概率节点,构建编码树