毕业设计论文-基于JAVA文件压缩与解压缩实践（含代码）

毕业设计 ( 论文 ) 文件压缩与解压缩实践 论文作者姓名： 申请学位专业： 申请学位类别： 指导教师姓名（职称）： 论文提交日期： 文件压缩与解压缩实践 摘 要 随着人们对数据的大量需求以及计算机使用时间的增加，计算机磁盘上的文件越来越大，越来越多。如何让有限的磁盘空间容纳更多的数据成为需要解决的问题。一方面，高速发展的存储技术以提高磁盘容量来解决这样的需求，但随着网络环境下数据传递的产生以及带宽的限制，大容量数据问题日益突出。在这两种需求的推动下，对数据 压缩的需求产生了。人们可以将文件在不改变其本身的条件下，将其以更小的占用空间存储，并且在需要的时候将文件恢复成原有的样子，这就是压缩目的。 本 论 文主要研究文件的无损压缩技术，并简要介绍了文件压缩的分类、几种常用的无损压缩格式和常用的压缩算法。运用 典算法、懒惰匹配算法和 码算法， 使用 言在 境下 设计了使用 法对文件压缩与解压缩的实现程序 。 用户可以根据自己的需求，使用此程序方便地对文件进行压缩或者解压缩操作 。 关键词： 压缩；解压缩； s of on to to a On of of in a of is of is a a s is of of A or to 目 录 论文总页数： 21 页 1 引言 .题背景 .内外现有的研究成果 . 压缩与解压缩程序分析 . 求分析 . 用的算法理论 . 法简介 . 法简介 . 法原理分析 . 发环境 . 总体设计 . 序功能 模块 .块分析与流程图 . 压缩模块 . 解压缩模块 . 序中各个类的初步定义 . 详细设计和实现 . 缩的程序流程 . 压缩的程序流程 . 函数代码 . X 缩模块代码 . X 压缩模块代码 . 序界面设计 . 软件系统测试 .行环境 .试方法 .试结果 . 使用程序对 件压缩 . 使用程序对 象文件压缩 . 使用程序对 件压缩 . 论 .考文献 . 谢 . 声 明 . 错误 !未定义书签。 1 引言 题背景 随着科学技术的进步，信息技术越来越广泛地应用到社会的各个行业和领域，互联网深刻地改变着人们的生活方式，推动着人类文明的进步。伴随着信息技术的普及和发展，互联网技术覆盖了社会政治、经济、文化、生产的各个领域 ，这种普及日常生活和工作更加的方便、文化娱乐方式更加的多样化 。 但是，在信息技术的飞速发展下，文件的信息量不断增加的背景下，文件的存储和拷贝要求能够保持数据的意思不变的情况下缩小容量，这就需要有压缩与解压缩来实现这个过程。本论文通过对一种压缩与解压缩方法的实践，对这种算法的实现过程进行研究。 内外现有的研究成果 文件压缩格式现在已有许多种，最流行的有如下几种： 们可以利用 件进行解压、释放等操作，还可以用它来处理 多种不同格式的压缩文件，从而大大地 方便了用户的操作。 一种高效快速的文件压缩格式，但不被大多数文件压缩程序支持，在 处理 式文件的最好工具。 曾经红极一时的压缩软件 缩而成的文件格式，它具有功能强大、压缩率高等优点。到了现在的 代，它已经没有了往日的辉煌。 是 8 新增的一种特殊压缩文件格式，主要用于对有关软件安装盘中的文件进行压缩，其特点是压缩率非常高 (可能是目前最高的 )，但一经压缩就不能再进行任何增加、删除、替换等修改，也就是说它的压 缩包具有 “ 只读 ”属性。我们也可使用 缩包进行操作。 字编码方式，它们原本是 统中使用的一种编码方式，后来被改写到 ，我们在传送中文邮件时只须事先使用该方式进行编码，此后就能顺利通过只能处理 7位编码的邮件服务器，从而解决了汉字的传输问题。 种新式的压缩程序，压缩比很高。 以上的压缩格式是可逆的，在解压缩之后，可以将被压缩的文件还原成以前未压缩的文件。另外还有一种不可逆的压缩格式，如 音频、视频、图像格式的文件都采用了这种压缩技 术，从理论上来说它们也应该算压缩文件，不过它们所采用的压缩方式与前面讲的并不相同，这里简单地介绍一下： 名为 是一个在国际 标准组织 (从事静态影像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国标静态影像压缩标准： 0918是我们俗称的 。 由于 良的品质，使得它在短短的几年内就获得极大的成功，目前网站上 80%的影像都是采用压缩标准。 000：正式名称为 “5 444” ，同样是由 织负责制定。 000 与传统 大的不同，在于它放弃了 采用的以离散余弦转换为主的区块编码方式，而改以小波转换为主的多解析编码方式。其压缩率比 0%左右，同时支持有损和无损压缩，无损压缩对保存一些重要图片十分有用。 称是 ，是一种高性能的声音压缩编码方案，它可以做出超小 “ 体积 ” 的音乐文件，大小只是原始音频数据的 1/10 到 1/12。但人耳听起来，效果却没有太大差异。 态图像专家组 )的缩写。现在使用的有 4 个版本： 2 压缩与解压缩程序分析 求分析 文件的压缩与解压缩，要能方便地进行，要完成的功能包括压缩功能，解压缩功能，选择文件路径，选择操作方案，选择新文件保存路径 。 此程序还要在压缩成功后显示被压缩文件的大小，并对非法操作给出提示。 用户可以选择文件进行压 缩或解压缩操作，并选择生成保存路径，默认的保存路径为原文件目录，压缩的生成文件以原文件加 缀命名，在解压缩操作中， 若输入文件不是 式的压缩文件，则提示 件格式不对。 程序的基本设计原则有：方便性原则、功能实用性原则和开放性原则等。程序设计时采用较好的压缩技术，能保证文件压缩的压缩比和可恢复性，确保程序有较长的生命周期。 本程序的总体目标是实现文件压缩与解压缩的便捷操作，因此需要有便捷的操作界面。 用的算法理论 这一算法是由 1977 年提出，所以命名为这种算法模型也被称为 “ 滑动字典 ” 模型或 “ 滑动窗口 ” 模型。 压缩的模型如图 1： 图 1 压缩中的 法模型图 在最远匹配位置和当前处理位置之间是可以用来查找匹配的 “ 字典 ” 区域，随着压缩的进行， “ 字典 ” 区域从待压缩文件的头部不断地向后滑动，直到达到文件的尾部，短语式压缩也就结束了。 解压缩的模型如图 2： 图 2 解压缩中的 法模型图 法简介 夫曼 /赫夫曼 /霍夫曼）在 读博士学位期间于 1952 年提出了一种从下到上的编码方法，现在被称为 码，它是一种统计最优的变码长符号编 码，让最频繁出现的符号具有最短的编码。 码的过程具体编码步骤为： (1)将符号按概率从小到大顺序从左至右排列叶节点； (2)连接两个概率最小的顶层节点来组成一个父节点，并在到左右子节点的两条连线上分别标记 0 和 1； (3)重复步骤 2，直到得到根节点，形成一棵二叉树； (4)从根节点开始到相应于每个符号的叶节点的 0/1 串，就是该符号的二进制编码。 由于符号按概率大小的排列既可以从左至右、又可以从右至左，而且左右分枝哪个标记为 0 哪个标记为 1是无关紧要的，所以最后的编码结果可能不唯一，但这仅仅是分配 的代码不同，而代码的平均长度是相同的。 编码式压缩利用各个单字节使用频率不一样的倾向，使定长编码变为不定长编码，给使用频率高的字节更短的编码，使用频率低的字节更长的编码，起到压缩的效果。由于 码为根结点到叶子结点路径上的 0 和 1的序列，而一个叶子结点的路径不可能是另一个叶子结点路径的前缀，因此一个 码不可能为另一个 码的前缀，这就保证了 码是可以区分的。由于用 法建立起来的树总是一棵最优二叉树，因此这又让 码能够实际应用到压缩 中。 用 法进行压缩。 及图形格式 用的压缩算法也是 法。 于要压缩的文件，首先使用 法的一个变种进行压缩，对得到的结果再使用 码的方法（ 据情况，选择使用静态 码或者动态 码）进行压缩。 法和 就是 法的根本实现方法， 也就是 压缩原理 。 懒惰匹配（ 是 对 法的改进，实现过 程如下： 在压缩过程中，对于当前字节开始的串，寻找到了最长匹配之后， 不立即决定使用这个串进行替换。而是看看这个匹配长度是否满意，如果匹配长度不满意，而下一个字节开始的串也有匹配串的话，那么 找到下一个字节开始的串的最长匹配，看看是不是比现在这个长。这就是懒惰匹配。 如果比现在这个长的话，将不使用现在的这个匹配。如果比现在这个短的话，将确定使用现在的这个匹配。发现第二次匹配的匹配长度大，就不使用第一次的匹配串。如果直接使用第一次匹配的话，有可能将错过更长的匹配串。 在满足懒惰匹配的前提条件下 ，懒惰匹配不限制次数，一次懒惰匹配发现了更长的匹配串之后，仍会再进行懒惰匹配，如果这次懒匹配，发现了更长的匹配串，那么上一次的懒匹配找到的匹配串就不用了。 进行懒惰匹配是有条件的。进行懒惰匹配必须满足两个条件，第一，下一个处理字节开始的串，要有匹配串，如果下一个处理字节开始的串没有匹配串的话，那么就确定使用当前的匹配串，不进行懒惰匹配。第二，当前匹配串的匹配长度，满意，也就是当前匹配长度小于 固定的压缩级别下，有固定的值）。 发环境 使用 行程序开发。 一个可视 化 发工具。它是在 台上开发商业应用程序、数据库、发布程序的优秀工具。它支持以程序员可以快速的转换企业版 用程序。 使用此开发工具可以实现程序的可视化。 3 总体设计 系统总体结构设计是系统设计过程中及其重要的一步，对系统的技术层次，开发过程，功能实现及开发成本方面具有重大的影响。系统总统结构设计应尽可能的考虑人机关系，环境条件以及算法的可行性等的联系，使系统每个部分都能协调适应。 本实验论证是基于 法理 论体系的，因此使用的压缩方法是参照 法的。 法理论体系主要包含三个内容： 法， 法，懒惰匹配算法。因此在设计过程中要注意如何实现这三个算法并且将其结合起来。 序功能 模块 根据设计思路， 文件的压缩和解压缩是两个相反的操作， 程序可分为 缩模块。 现在设计出 功能 结构 图如图 3。 图 3 功能结构图 块 分析与流程图 分析程序的总体流程图可 以以图 4 来 表示： 图 4 总体流程图 缩模块 压 缩模块的实现流程为： （ 1）打开要压缩的文件，使用字典算法扫描文件统计文件使用的字符集并统计每个字符 集 的使用次数。 （ 2）根据扫描的结果构建文件字符集的 。 （ 3）由文件的 求字符集中各字符的编码，形成 码表。 （ 4）建立压缩文件。 Y N 压缩与解压缩程序 压缩 程序 解压缩程序 （ 5）将要压缩文件的字符集大小和文件的大小写入压缩文件。将字符集的写入压缩文件，供解压缩时使用。 （ 6）从文件中读取一个字符 集 ，查 码表，得到它的 码。按位流放入压缩文件的写缓冲区。 （ 7）检查压缩文件的写缓冲区， 如果已满一个字节，写入压缩文件，如果要压缩的文件没有达到文件的结尾，转到步骤 6。 （ 8）关闭要压缩文件和压缩文件 画出流程图 如图 5： 图 5 图 5 压缩模块流程图 压缩模块 解压缩模块的实现流程为： （ 1）打开压缩文件，读取字符集字符个数和文件的字节数。读入文件的。 （ 2）建立解压缩文件。 （ 3）读入一个字节的编码，用 得到字符，将字符写入解压缩文件，如果编码已用完，就读取下一个字节，如此重复，直到读取压缩文件的全部编码。 （ 4）关闭压缩文件和 解压缩文件。 画出流程图 如图 6： 图 6 解压缩模块流程图 序中各个类的初步定义 为了完成此程序，应当设计 一个接口， 十四 个类，和 二 个异常处理类 。其中 接口： 类： 异常索引： 各个类的 简单 介绍如表 1： 表 1：程序各个类的作用 条目 类型 描述 口 被类 现的接口 使用 法来计算 目 一个输入流，保存着被读取数据的 一个输出流， 保存着被读取数据的 使用 法来计算 目 使用 缩类，支持通常的压缩方式，程序核心类 一个输出过滤流，用来压缩 式数据 一个输入过滤流，读取 式压缩数据 一个输出过滤流，读取 式压缩数据 使用 缩类，支持通常的解压方式，程序核心 类 一个输入过滤流，用来解压 式的压缩数据 存储 目 从 件中读取 目 一个输入过滤流，用来读取 式文件中的文件 一个输出过滤流，用来向 式文件口写入文件 常类 抛出一个数据格式错误 常类 抛出一个 件 4 详细设计和实现 的程序流程 压缩程序的实现过程中，涉及到很多类的调用，除了压缩有关的类，还有于 的调用不考虑的情况下，各个压缩功能类的调用流程（如图 7）： （ 1）主程序 用输出过滤流 取 式压缩数据，压缩开始。 （ 2） 用 计算 数目。 （ 3）在 回结果后， 用 缩类来进行压缩。在 的调用过程中，实现了对数据的压缩字符集确定与编 码，也就是实现了 法、懒惰匹配与 码的结合。 （ 4）建立压缩文件，调用 压缩 式数据 。 图 7 压缩类的调用 顺序图 这些过程的操作是不能离开 的，所以实现这些过程的前提是要有数据流输入，也就是调用 开需压缩文件作为文件输入流；在以上的流程完毕之后，调用 建立压缩文件输出流，最终形成压缩后的文件。 流程 在解压缩的实现过程中，各个类的调用关系（如图 8）： （ 1）主程序 用 取 式压缩数据，解压缩开始。 （ 2） 用 计算 数目。 （ 3）在 回结果后，调用 存被读取数据的时调用 行解压缩。 （ 4）在 压 缩过 程中 ， 如果 数据 格式 错 误， 则调 用果没有数据格式错误，则调 用 式的压缩数据。 图 8 解 压缩类的调用 顺序图 码 压缩模块要完成的就是将文件读入以后进行压缩，再将压缩后的数据写入一个新的文件，其部分代码如下： =2) ); ); /打开需压缩文件作为文件输入流 ); /建立压缩文件输出流 ); /建立 024;/设定读入缓冲区尺寸 ( != , ;/关闭流 ,必须关闭所有输入输出流 ; ; e) e); 压缩模 块 代码 解压缩模块要完成的就是将文件读入以后进行解压缩，再将解压缩后的数据写入一个新的文件，其部分代码如下： =2) ); ); /建立 ); /建立 /建立解压文件输出流 ); 024; (, != , ; ; ; e) e); 为了让用户能便捷地进行压缩与解压缩的操作，还要对程序加入一个可视化界面。其外观如图 9： 图 9 用户首先选择需要操作的文件，若要将被操作文件的生成文件保存到原文件所在目录，可以跳过选择输出文件夹操 作。如图 10： 图 10 择文件 界面 在选择好文件以后，用户根据自己的需要，点击压缩或者解压按钮，操作便完成。 其部分代码如下： 请先选择文件 ; ; ; * * to ( ; ; ; ); 80,240); ; ; 75, 995, 953, 22, ; 22, 21); ; 82, 910, 419, 64, ; 80, 28); ; 31, 19); ; 文件 ); ; 打开 ); ; ; ; 退出 ); ; 38, 720, 716, 530, ; ; 3, 21); ; 38, 361, 716, 170, ; ; 3, 21); ; 39, 164); e) ; /* （非 * */ / 动生成方法存根 if(= ; if( +/+ + g=, /+/+); if(= ; if( +/+); ); if(0) g=, 状态：解压成功 ); 状态： ); if(= ; /); if(= ; /); if(= )