[java] LZ77 압축 알고리즘을 자바로 구현하는 방법

05 Dec 2023

java

LZ77 압축 알고리즘은 데이터 압축을 위해 사용되는 효율적인 알고리즘 중 하나입니다. 이 알고리즘은 텍스트나 바이너리 데이터에서 중복되는 부분을 찾아내고, 해당 부분을 이전에 등장한 위치와 함께 저장하여 압축합니다.

이번에는 자바를 사용하여 LZ77 압축 알고리즘을 구현하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

1. LZ77 알고리즘 이해하기

LZ77 압축 알고리즘은 슬라이딩 윈도우와 버퍼를 이용하여 동작합니다. 슬라이딩 윈도우는 압축을 진행하면서 데이터를 읽을 때 참조하는 고정된 크기의 윈도우입니다. 버퍼는 현재 압축 중인 데이터를 임시적으로 저장하는 공간입니다.

압축하는 과정은 다음과 같습니다:

슬라이딩 윈도우 시작 위치부터 데이터를 읽습니다.
버퍼에 해당 데이터를 추가합니다.
버퍼 내에서 슬라이딩 윈도우와 일치하는 가장 긴 부분을 찾습니다.
일치하는 부분의 길이와 슬라이딩 윈도우 내의 상대적인 위치를 찾아 기록합니다.
버퍼에서 슬라이딩 윈도우 길이만큼의 데이터를 삭제하고, 남은 데이터를 슬라이딩 윈도우 뒤에 추가합니다.
1~5 단계를 반복하면서 데이터를 전체 압축합니다.

2. 자바로 LZ77 알고리즘 구현하기

자바로 LZ77 압축 알고리즘을 구현하기 위해서는 위에서 설명한 알고리즘 단계를 코드로 변환해야 합니다. 예시 코드를 통해 자세한 구현 방법을 확인해보겠습니다:

public class LZ77Compressor {
   public static void compress(String input) {
      int windowSize = 12; // 슬라이딩 윈도우 크기
      int bufferSize = 5; // 버퍼 크기
      
      List<CompressionTuple> compressedData = new ArrayList<>();
      int currentPosition = 0;
      
      while (currentPosition < input.length()) {
         int matchLength = 0;
         int matchPosition = 0;
         
         // 슬라이딩 윈도우와 버퍼 비교해서 가장 긴 일치되는 부분 찾기
         for (int i = Math.max(0, currentPosition - windowSize); i < currentPosition; i++) {
            int length = 0;
            
            while (currentPosition + length < input.length() && input.charAt(i + length) == input.charAt(currentPosition + length)) {
               length++;
            }
            
            if (length > matchLength) {
               matchLength = length;
               matchPosition = currentPosition - i;
            }
         }
         
         // 압축된 데이터 기록
         if (matchLength > 0) {
            compressedData.add(new CompressionTuple(matchPosition, matchLength, input.charAt(currentPosition + matchLength)));
            currentPosition += matchLength + 1;
         } else {
            compressedData.add(new CompressionTuple(0, 0, input.charAt(currentPosition)));
            currentPosition++;
         }
      }
      
      // 압축된 데이터 출력
      System.out.println("Compressed Data:");
      for (CompressionTuple tuple : compressedData) {
         System.out.println(tuple.toString());
      }
   }
   
   static class CompressionTuple {
      int position;
      int length;
      char nextChar;
      
      public CompressionTuple(int position, int length, char nextChar) {
         this.position = position;
         this.length = length;
         this.nextChar = nextChar;
      }
      
      @Override
      public String toString() {
         return "(" + position + ", " + length + ", " + nextChar + ")";
      }
   }
   
   public static void main(String[] args) {
      String input = "ABABABABA";
      compress(input);
   }
}

이 예시 코드에서는 “ABABABABA”라는 문자열을 압축하는 과정을 보여주고 있습니다. 슬라이딩 윈도우 크기와 버퍼 크기를 설정하고, compress 메소드 내에서 압축을 진행하고 결과를 출력합니다.

3. 마치며

이제 LZ77 알고리즘을 자바로 구현하는 방법에 대해 알아보았습니다. 이 알고리즘은 데이터 압축에 효과적이며, 실제로 많은 압축 프로그램에 사용되고 있습니다. 압축 알고리즘을 이해하고 구현하는 것은 컴퓨터 과학의 기초 지식이자, 실제로 유용한 기술입니다.