LZW压缩算法详解（Python语言实现LZW无损压缩与解压教程）

LZW压缩的Python实现

下面我们用Python编写一个完整的LZW压缩器。整个过程分为两步：压缩 和 解压缩。

1. 压缩函数（encode）

def lzw_compress(uncompressed):    """使用LZW算法压缩字符串"""    # 初始化字典：将所有单字符映射为ASCII值    dict_size = 256    dictionary = {chr(i): i for i in range(dict_size)}        w = ""    result = []        for char in uncompressed:        wc = w + char        if wc in dictionary:            w = wc        else:            result.append(dictionary[w])            # 将新字符串加入字典            dictionary[wc] = dict_size            dict_size += 1            w = char        # 处理最后一个字符串    if w:        result.append(dictionary[w])            return result

这段代码做了以下事情：

• 初始化字典，包含所有256个ASCII字符；
• 逐个读取输入字符，尝试组合成更长的字符串；
• 如果组合后的字符串已在字典中，继续扩展；否则，输出当前字符串的编码，并将新组合加入字典；
• 最后处理剩余未输出的部分。

2. 解压缩函数（decode）

def lzw_decompress(compressed):    """使用LZW算法解压缩编码列表"""    # 重建初始字典    dict_size = 256    dictionary = {i: chr(i) for i in range(dict_size)}        # 第一个编码一定是单字符    w = chr(compressed.pop(0))    result = w        for k in compressed:        if k in dictionary:            entry = dictionary[k]        elif k == dict_size:            # 特殊情况：k等于当前字典大小（如 ABABA 中的 ABA）            entry = w + w[0]        else:            raise ValueError('无效的压缩数据')                result += entry                # 将 w + entry[0] 加入字典        dictionary[dict_size] = w + entry[0]        dict_size += 1                w = entry            return result

完整使用示例

# 测试字符串text = "TOBEORNOTTOBEORTOBEORNOT"# 压缩compressed = lzw_compress(text)print("压缩结果:", compressed)# 解压缩decompressed = lzw_decompress(compressed)print("解压结果:", decompressed)# 验证是否一致print("原始 == 解压?", text == decompressed)

运行后你会看到压缩后的数字列表，以及成功还原的原始字符串。这说明我们的 Python LZW实现 是正确的！

应用场景与局限性

LZW无损压缩适用于文本、日志、源代码等具有重复模式的数据。但在处理已经高度随机或加密的数据时，压缩效果可能不佳，甚至可能略微增大体积（因为要存储字典索引）。

此外，LZW曾因专利问题在历史上引发争议，如今虽已过期，但在某些商业项目中仍需注意兼容性。

总结

通过本教程，你已经掌握了 LZW压缩算法 的基本原理，并用 Python语言 实现了完整的压缩与解压缩功能。无论是用于学习数据压缩原理，还是开发小型工具，这套代码都足够清晰和实用。

记住，理解算法比死记代码更重要。试着修改输入、观察字典变化，你会对 LZW编码解码 有更深的体会！