BWT(Burrows-Wheeler Transformation)的讲解及java实现
1.什么是BWT
压缩技术主要的工作方式就是找到重复的模式,进行紧密的编码。
BWT(Burrows–Wheeler_transform)将原来的文本转换为一个相似的文本,转换后使得相同的字符位置连续或者相邻,之后可以使用其他技术如:Move-to-front transform 和 游程编码 进行文本压缩。
2.BWT原理
2.1 BWT编码
(1)首先,BWT先对需要转换的文本块,进行循环右移,每次循环一位。可以知道长度为n的文本块,循环n次后重复,这样就得到看n个长度为n的字符串。如下图中的“Rotate Right”列。(其中‘#’作为标识符,不在文本块的字符集中,这样保证n个循环移位后的字符串均布相同。并且定义'#'小于字符集中的任意字符)。
(2)对循环移位后的n个字符串按照字典序排序。如下图中的“Sorted (M)”列。
(3)记录下“Sorted (M)”列中每个字符串的最后一个字符,组成了“L”列。(其中"F"列是“Sorted (M)”列中每个字符串的前缀)
这样,原来的字符串“banana#”就转换为了“annb#aa”。在某些情况下,使用L列进行压缩会有更好的效果。“L”列就是编码的结果。
2.2 BWT解码
因为进行的是循环移位,且是循环左移注意下面的性质:
排序后的字符串 BWT变换后的字符串
先在BWT变换后的字符串中找到美元符号"$",和它同一行的字母是B,我们先写下,$B找到B之后我们在右边一栏里找B,与其对应的是A,
然后记下$BA,
现在A的在左边是第三次出现的,故在右边一栏里找A,同样是第三次出现的,与之对应的是N,然后记下$BAN,左边的N
是第二次出现的,故在右边一栏里找N同样是第二次出现的,与之对应的是A,
然后记下$BANA,现在A的在左边是第二次出现的,故在右边,一栏里找A同样是第二次出现的,与之对应的是N,然后记下$BANAN
左边N的是第一次出现的,故在右边一栏里找N同样是第一次出现的,
与之对应的是A,然后记下$BANANA,现在的A在左边是第一次出现的,故在右边一栏里找A同样是第一次出现的,与之对应的是"$",结束。
package cn.genekang.io.test; import java.util.Arrays; public class BWTtest { public static void main(String[] args) {
String str = "banana";
System.out.println("输入的字符串是:"+str);
String enCodeStr = enCode(str);
System.out.println("编码后的字符串是:"+enCodeStr);
System.out.println("解码后的字符串是:"+deCode(enCodeStr));
} // bwt编码
public static String enCode(String line) {
String str = line + "&";
int len = str.length();
// 1.轮转
char[] charArray = str.toCharArray();
char[][] ch = new char[len][len];
for (int i = 0; i < len; i++) {
char[] c_tmp = charArray.clone();
for (int j = 0; j < len; j++) {
ch[i][j] = c_tmp[j];
if (j <= len - 2)
charArray[j + 1] = c_tmp[j]; }
charArray[0] = c_tmp[len - 1]; }
// 2.排序,按照字典顺序
String[] strings = new String[len];
for (int i = 0; i < len; i++) {
StringBuffer chline = new StringBuffer();
for (char c : ch[i]) {
chline.append(c);
}
strings[i] = chline.toString();
} Arrays.sort(strings);
// 3.取最后一行
StringBuffer sBuffer = new StringBuffer();
for (String s : strings) {
sBuffer.append(s.substring(len - 1, len));
}
return sBuffer.toString();
} // bwt解码
public static String deCode(String str) {
int len = str.length();
String[] strArr = new String[len];
for (int i = 0; i < len; i++) {
strArr[i] = str.substring(i, i + 1) + ":" + i;
}
Arrays.sort(strArr);
// for(String string : strArr)
// System.out.println(string);
StringBuffer sb = new StringBuffer();
int num = 0;
int corr = Integer.parseInt(strArr[0].split(":")[1]);
while (num < len-1) {
sb.append(strArr[corr].split(":")[0]);
corr =Integer.parseInt( strArr[corr].split(":")[1]);
num++;
}
return sb.toString(); } }
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