如何實作C#中的LZW壓縮演算法

如何實現C#中的LZW壓縮演算法

引言：
隨著資料的不斷增長，資料的儲存和傳輸成為了一項重要任務。 LZW（Lempel-Ziv-Welch）壓縮演算法是一種常用的無損壓縮演算法，可以有效地減少資料的體積。本文將介紹如何在C#中實作LZW壓縮演算法，並給出具體的程式碼範例。

1. LZW壓縮演算法原理
   LZW壓縮演算法是一種字典壓縮演算法，其基本原理是將輸入的資料流中出現的連續字元序列對應為唯一的編碼。壓縮時，將字元序列逐步加入字典中，並輸出對應的編碼；解壓縮時，透過編碼尋找字典中對應的字元序列，並輸出。演算法的核心在於不斷更新字典，使其能夠與輸入資料流相符。
2. LZW壓縮演算法實作步驟
   （1）初始化字典：將輸入資料流中的每個字元初始化為一個獨立的編碼。
   （2）讀取輸入資料流中的第一個字符，作為目前字符。
   （3）重複以下步驟，直到資料流結束：
   a. 讀取下一個字符，將目前字符與下一個字符拼接成新的字符序列。
   b. 如果字典中已存在該字元序列，則將目前字元更新為新的字元序列，並繼續讀取下一個字元。
   c. 如果字典中不存在該字元序列，則將目前字元輸出，並將新的字元序列新增至字典中，並更新目前字元為下一個字元。
   （4）輸出剩餘的目前字元。
3. C#程式碼範例
   下面給出了在C#中實作LZW壓縮演算法的程式碼範例：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

class LZWCompression
{
    public static List<int> Compress(string data)
    {
        Dictionary<string, int> dictionary = new Dictionary<string, int>();
        List<int> compressedData = new List<int>();

        int currentCode = 256;

        for (int i = 0; i < 256; i++)
        {
            dictionary.Add(((char)i).ToString(), i);
        }

        string currentString = "";

        foreach (char c in data)
        {
            string newString = currentString + c;

            if (dictionary.ContainsKey(newString))
            {
                currentString = newString;
            }
            else
            {
                compressedData.Add(dictionary[currentString]);
                dictionary.Add(newString, currentCode);
                currentCode++;
                currentString = c.ToString();
            }
        }

        if (currentString != "")
        {
            compressedData.Add(dictionary[currentString]);
        }

        return compressedData;
    }

    public static string Decompress(List<int> compressedData)
    {
        Dictionary<int, string> dictionary = new Dictionary<int, string>();
        StringBuilder decompressedData = new StringBuilder();

        int currentCode = 256;

        for (int i = 0; i < 256; i++)
        {
            dictionary.Add(i, ((char)i).ToString());
        }

        int previousCode = compressedData[0].Value.ToString();

        decompressedData.Append(dictionary[previousCode]);

        for (int i = 1; i < compressedData.Count; i++)
        {
            int currentCode = compressedData[i];

            if (dictionary.ContainsKey(currentCode))
            {
                decompressedData.Append(dictionary[currentCode]);
                string newEntry = dictionary[previousCode] + dictionary[currentCode][0];
                dictionary.Add(currentCode, newEntry);
                previousCode = currentCode;
            }
            else
            {
                string newEntry = dictionary[previousCode] + dictionary[previousCode][0];
                decompressedData.Append(newEntry);
                dictionary.Add(currentCode, newEntry);
                previousCode = currentCode;
            }
        }

        return decompressedData.ToString();
    }
}

下面是LZW壓縮演算法的使用範例：

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        string originalData = "AAAAABBBBCCCCCDDDDDEE";
        
        Console.WriteLine("原始数据： " + originalData);
        
        List<int> compressedData = LZWCompression.Compress(originalData);
        
        Console.WriteLine("压缩后的数据： " + string.Join(",", compressedData));

        string decompressedData = LZWCompression.Decompress(compressedData);

        Console.WriteLine("解压缩后的数据： " + decompressedData);

        Console.ReadLine();
    }
}

以上程式碼範例中，我們使用LZWCompression類別進行了資料的壓縮與解壓縮，其中壓縮使用了Compress方法，解壓縮使用了Decompress方法。

結論：
本文介紹如何在C#中實作LZW壓縮演算法，並給出了具體的程式碼範例。 LZW壓縮演算法是一種常用且有效的無損壓縮演算法，可以幫助我們減少資料的體積，提高資料的儲存和傳輸效率。

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