Сжатие информации в ПК

Государственный комитет России по высшему образованию

Рязанская Государственная Радиотехническая Академия

Кафедра ЭВМ

















Контрольная работа



тема: Сжатие информации в ПК































Рязань, 2006 г.


1. Основные понятия и методы сжатия данных 



Во многих стадиях информация, содержащаяся в файлах, избыточна. Для устранения избыточности используются специальные методы сжатия данных, основанные на поиске в файле избыточной информации и последующем ее кодировании с целью получения минимального объема.

Сжатие информации – это процесс преобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшается избыточность в ее представлении и соответственно требуется меньший объем памяти для хранения; процесс сокращения количества битов, необходимых для хранения и передачи некоторого объема информации. [3],[стр. 418]

Существует сжатие без потерь, когда информация, восстановленная из сжатого сообщения, в точности соответствует исходной (применяется при обработке текстов, записанных на естественном или искусственном языках), и сжатие с потерями (необратимое), когда восстановленная информация только частично соответствует исходной (применяется при обработке изображений и звука, для цифровой записи аналоговых сигналов). 

Основные способы сжатия: статистический и словарный.

При первом каждому символу присваивается код, основанный на вероятности его появления в тексте. Высоко вероятные символы получают короткие коды и наоборот. Одним из самых ранних и широко известных статистических методов является алгоритм Хаффмана, при котором символы заменяются кодом, состоящим из целого количества битов. Позднее он был вытеснен арифметическим кодированием, имеющим схожую с кодом Хаффмана функцию и основанным на идее кодирования символов дробным числом битов. Арифметическое сжатие может быть использовано в тех случаях, когда степень сжатия важнее, чем временные затраты на сжатие информации.

При словарном способе группы последовательных символов или "фраз" заменяются кодом. Замененная фраза может быть найдена в некотором словаре. В 1977 году Лемпель и Зив предложили свою модификацию словарного метода, отличающуюся от Хаффмановского и арифметического методов в которой сжатие основано на свойстве "потока символов" иметь повторяющиеся участки. Поток символов - это исходные данные для сжатия (например текстовый файл, массив). Основная идея алгоритма Лемпеля и Зива состоит в том, что второе и последующие вхождения некоторой строки символов в сообщении заменяются ссылкой на ее первое появление в сообщении.

В последнее время было показано, что любая практическая схема словарного сжатия может быть сведена к соответствующей статистической схеме сжатия, и найден общий алгоритм преобразования словарного метода в статистический. По этому при поиске лучшего сжатия статистическое кодирование обещает быть наиболее плодотворным, хотя словарные методы отличаются быстротой.

Одним из наиболее простых и наглядных является метод сжатия последовательностей одинаковых символов, не относящийся к названным основным методам.

Метод основан на представлении последовательности одинаковых символов в виде двух величин K и S, где K - количество повторяющихся символов, S - код этого символа. Основным недостатком данного метода является то, что он обеспечивает сжатие лишь в случае, когда в исходном файле основную часть составляют повторяющиеся символы. В противном случае сжатый файл может занимать больше места, чем исходный неуплотненный файл. Наиболее эффективно метод сжатия последовательностей одинаковых символов работает в случае двоичных файлов. 

Синтетические алгоритмы.

Рассмотренные выше алгоритмы в «чистом виде» на практике не применяются из-за того, что эффективность каждого из них сильно зависит от начальных условий. В связи с этим, современные средства архивации, используют более сложные алгоритмы, основанные на комбинации нескольких теоретических методов. Общим принципом в работе таких «синтетических» алгоритмов является предварительный просмотр и анализ исходных данных для индивидуальной настройки алгоритма на особенности обрабатываемого материала. [2],[стр.368] 



2. Программы-архиваторы



На основе методов сжатия данных созданы различные программы, называемые архиваторами или упаковщиками. Существует много программ-архиваторов, имеющих различные показатели по степени и времени сжатия. Среди самых известных и часто используемых программ выделяются следующие: ARJ, PKZIP, RAR, НА и т. д. для DOS и WinARJ, WinZip, WinRAR, Zip Magic для Windows. Обычно упаковщики осуществляют сжатие сразу несколькими способами.

	Как правило, программы для архивации файлов позволяют помещать копии файлов на диске в сжатом виде в архивный файл, извлекать файлы из архива, просматривать оглавление архива и др. В настоящее время архиваторы, работающие под Windows, вытесняют конкурентов в основном за счет использования 32-х битной шины данных, более удобного и интеллектуального интерфейса, расширенных возможностей и более совершенных алгоритмов сжатия. А также эти программы поддерживают не один, как раньше, а сразу несколько различных форматов архивных файлов.

	Программы-архиваторы позволяют создавать и такие архивы, для извлечения из которых содержащихся в них файлов не требуются какие-либо программы, так как сами архивные файлы

	Могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися.

	Самораспаковывающийся архивный файл – это загрузочный, исполняемый модуль, который способен к самостоятельной разархивации находящихся в нем файлов без использования программы-архиватора. [3],[стр. 419]

	К базовым функциям, которые выполняют большинство современных архиваторов, относятся:

	- извлечение файлов из архивов;

	- создание новых архивов;

	- добавление файлов в имеющийся архив;

	- создание самораспаковывающихся архивов;

	- создание распределенных архивов на носителях малой емкости;

	- тестирование целостности структуры архивов;

	- полное или частичное восстановление поврежденных архивов;

- защита архивов от просмотра или несанкционированной модификации. [2],[стр.369]

	

	3. Программа-архиватор WinRAR

	

Достоинства и основные возможности WinRAR

WinRAR - 32-битовая версия Windows архиватора RAR - мощное средство, которое позволяет создавать и управлять архивными файлами.

Достоинства WinRAR:

- интеллектуальный алгоритм сжатия (глубокий анализ данных, подлежащих сжатию, и др.);

- специальный алгоритм сжатия для мультимедиа-файлов;

- не архивное управление RAR;

- плотная архивация, которая может поднять коэффициент сжатия на 10 % -50 % по сравнению с общими методами, особенно при упаковке большого количества небольших аналогичных файлов (при этом файлы представляются как непрерывный поток данных).

Возможности WinRAR:

- создание архивов с различной степенью уплотнения;

- просмотр как архивных, так и обычных файлов;

- создание многотомных архивов;

- создание самораспаковывающихся архивов (в том числе и многотомных);

- восстановление физически поврежденных архивов.

- возможность работы в двух режимах: полноэкранного интерактивного интерфейса и интерфейса командной строки;

- поддержка других типов архивов, просмотра их содержимого, изменения и преобразования;

- защита архивов паролем. [3],[стр. 427-428]

Кроме того, WinRAR обладает рядом других возможностей, таких, например, как шифрование, архивные комментарии, регистрация ошибок и т.п.

Работа с программой-архиватором WinRAR

Запуск WinRAR

Для запуска программы WinRAR необходимо. выполнить одно из следующих действий:

- открыть меню Пуск;

- выбрать Программы / WinRAR.

Архивация файлов

	Для создания архива необходимо сначала выбрать необходимые файлы и/или директории из списка файлов в основном окне WinRAR, что можно сделать, используя клавишу Пробел, Shift + клавиши позиционирования или щелкнув левой кнопкой мыши. Затем, выбрав один или более файлов, нажать Alt-A. После этого появится диалоговое окно, в верхнем поле Archive которого надо ввести имя и расположение архивного файла или просто принять предложенное имя. В поле Compression можно выбрать степень уплотнения, что будет влиять на скорость архивации и размер архивного файла. Следующая строка Dictionary size дает возможность изменить размер внутреннего словаря архиватора. Этот параметр также будет влиять на размер конечного файла. С помощью диалогового поля Volume size можно разбить архивный файл на тома разного размера. Диалоговый блок Archiving options также предоставляет возможность изменять некоторые опции архивации, такие как:

- Solid archive / Плотный архив - при этом все файлы в архиве будут представляться как непрерывный поток данных что позволит увеличить степень сжатия, но замедлит обращение к файлам внутри архива;

- SFX archive / Самораспаковывающийся архив - создается ЕХЕ модуль архива;

- Multimedia compression / Мультимедиа-уплотнение - в этом режиме RAR выполняет интеллектуальный анализ данных, направленный на улучшение архивации звука, видео и т. п.;

- Put recovery record / Добавление записи восстановления данных - облегчение

восстановления данных при их порче или потере;

- Pat authenticity verification / Добавлять проверку достоверности -WinRAR будет помещать в каждом новом и скорректированном архиве информацию относительно создателя, последнего времени коррекции и архивного имени;

- Delete files after archiving / Удалять файлы после их архивации - после перемещения в архив файлы будут удалены.

	Можно также добавлять файлы к уже существующему архиву. Для этого надо выделить архив и нажать Enter (или дважды щелкнуть мышью), после чего Wm-RAR прочитает архив и отобразит его содержание. Далее можно просто перетаскивать мышью необходимые файлы из другого окна. 

Просмотр файлов

Для просмотра файла его необходимо сначала выделить, а затем нажать на кнопку View. 

Кнопка View осуществляет возможность просматривать как архивированные, так и нормальные файлы. Для просмотра могут использоваться как встроенные средства просмотра, так и другие программы. Если используется встроенный просмотр, то можно рассматривать несколько файлов одновременно. При использовании других средств просмотра одновременно можно смотреть только один файл. Команды встроенных средств просмотра показаны в Таблице 1.



Таблица 1. Команды встроенных средств просмотра файлов. 

Меню/Пункт

Вызов

Функции

File/Exit

AH-F4

Выход из просмотра

Edit/Copy

Ctrl-C

Копировать выделенный текст в буфер

Edit/Select all

Ctrl-A

Выделить весь текст

Edit/Find

Ctrl-F

Поиск подстроки в тексте

Edit/Find next

F3

Поиск следующего появления стоки

View as Windows

Ctrl-W

Использовать шрифты Windows

View as DOS text

Ctrl-D

Использовать DOS OEM шрифт

Help/View help

Fl

Вызвать помощь



Удаление файлов

	Для удаления файлов из архива или директории необходимо сначала выделить необходимые файлы, затем нажать кнопку Delete. Однако, если из архива удаляются все файлы, то и пустой архив будет удален; удаление нельзя применять в отдельных томах архива.

Извлечение файлов

Для извлечения файлов из архива сначала нужно войти в архив, что можно сделать двойным щелчком мыши на его имени в окне WinRAR. В результате отображается содержание архива. Затем выбираются файлы/директории, которые должны быть извлечены, и необходимо щелкнуть мышью кнопку Extract на верху окна WinRAR или нажать Alt-W. Если надо извлечь файлы в другую папку, а не в текущую, необходимо щелкнуть мышью кнопку Extract to specified directory или нажать Alt-E , войти в папку, расположенную в диалоговом блоке, и щелкнуть Ok.

В течение процесса извлечения будет отображено окно статистики. При необходимости остановки процесса извлечения можно нажать кнопку Cancel. По завершении извлечения окно статистики исчезнет.

Другие возможности

Кроме рассмотренных выше кнопок работы с архивами, в верхнем меню оболочки WinRAR также находятся:

а) test archiving files /тестирование файлов архива - выполняет ложное файловое извлечение для проверки правильности извлечения файлов;

б) add archive comment/добавить к архиву комментарий. Максимальная длина комментария – 62000 байтов;

в) protect archive from damages/добавление записи восстановления данных. К архиву может быть добавлена дополнительная, излишняя информация восстановления. За счет небольшого увеличения в размере архивного файла она поможет восстановить архивные файлы в случае потери данных;

г) lock archive/запирание архива. Эта команда предохраняет дальнейшие архивные модификации WinRAR;

д) convert archive to SFX/преобразование архива в самораспаковывающийся. Эта команда создает self-extract архив (SFX), который самостоятельно извлекает содержащиеся в нем файлы (без использования архиватора);

е) show archive information/показ информации об архиве. Показывается информация об архиве и его содержимом.

Справка

Для получения справки о работе программы-архиватора WinRAR необходимо выполнить одно из действий:

- находясь в окне WinRAR, нажать клавишу F1;

- выбрать пункт меню Help/ Contents. 

	Сжатие файлов, используя метод сжатия последовательностей одинаковых символов:

	а) Исходный файл: “ X=5.2*******Y=5.********C=0.********D=4.” Сжатый файл: “1X1=151.127*1Y1=151.8*1C1=101.8*1D1=141.” No = 40 байт; N = 40 байт; Ксж = No/N = 1.

	б) Число: 513 (513 = 10000000012) Исходный файл: Xo = 1000000001 Сжатый файл: X = 1181 No = 10 байт; N = 4 байт; Ксж = No/N = 2,5. 

	Регистрация:

	Открыть окно Мой компьютер;

	Открыть диск D;

	Открыть папку INFORM;

	-Открыть папку GR440.

	Задание 1:

А) В папке GR343 создать две папки с именами DIR1 и DIR2:

	-В подменю Файл выбрать команду Создать, а затем выбрать Папка;

	-Ввести имя папки: «Dirl» и нажать клавишу Enter (появится папка с именем Dir1);

	-В подменю Файл выбрать команду Создать, а затем выбрать Папка;

-Ввести имя папки: «Dir2» и нажать клавишу Enter (появится папка с именем Dir2).

Б) В папке DIR1 с помощью редактора Блокнот создать два текстовых файла: myfilel.txt и myfile2.txt объемом не менее 5 печатных строк:

-Перейти в папку Dir1, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir1);

	-В подменю Файл выбрать команду Создать , а затем выбрать тип создаваемого файла – текстовый документ;

-Ввести имя нового файла: «myfile1» и нажать клавишу Enter (в паке Dir1появится текстовый документ с именем myfile1.txt);

-Открыть файл myfile1.txt, щелкнув по нему дважды левой клавишей мыши (откроется окно текстового редактора);

-Ввести текст с клавиатуры;

-В подменю Файл выбрать команду Сохранить. (Набранный текст сохранен в файле myfile1.txt);

	-В подменю Файл выбрать команду Создать, а затем выбрать тип создаваемого файла – текстовый документ;

-Ввести имя нового файла: «myfile2» и нажать клавишу Enter (в паке Dir1 появится текстовый документ с именем myfile2.txt);

-Открыть файл myfile2.txt, щелкнув по нему дважды левой клавишей мыши (откроется окно текстового редактора);

-Ввести текст с клавиатуры;

-В подменю Файл выбрать команду Сохранить. (Набранный текст сохранен в файле myfile2.txt).

В) В папке DIR2 создать файл myfile3.txt, также объемом не менее 5 печатных строк:

-Вернуться в папкуGR440, выбрав в подменю команду Закрыть (папка Dir1 закроется, и мы окажемся в паке GR440);

-Перейти в папку Dir2, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir2);

	-В подменю Файл выбрать команду Создать , а затем выбрать тип создаваемого файла – текстовый документ;

-Ввести имя нового файла: «myfile3» и нажать клавишу Enter (в паке Dir2 появится текстовый документ с именем myfile3.txt);

-Открыть файл myfile3.txt, щелкнув по нему дважды левой клавишей мыши (откроется окно текстового редактора);

-Ввести текст с клавиатуры;

-В подменю Файл выбрать команду Сохранить. (Набранный текст сохранен в файле myfile3.txt).

Задание 2: Запустить программу-архиватор WinRAR.

- Открыть главное меню "Пуск" на панели задач Windows;

- В разделе "Программы" открывшегося главного меню выбрать пункт " WinRAR ".

Задание 3: С помощью архиватора WinRAR создать архив- arhivl .гаг, содержащий в себе файлы myfile1.txt и myfile3.txt, используя наилучший (best) метод уплотнения.

-Вернуться в папкуGR440;

-Перейти в папку Dir1, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir1);

-Щелчком левой клавиши мыши выбрать файл myfile1.txt (файл выделится цветом);

-Вывести диалоговое окно создания нового архива (Alt+A);

-В открывшемся диалоговом окне ввести в соответствующее поле имя будущего архива: “arhiv1.rar”;

-В диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатия;

-Подтвердить действия, нажав Enter (архив с именем arhiv1.rar появится в паке Dir1);

-Открыть папку Dir2, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir2);

-Перетащить файл myfile3.txt на окно, открытого в WinRar, архива arhiv1;

-В открывшемся диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатья;

-Подтвердить добавление нового файла к архиву arhiv1.rar, нажав клавишу Enter (в архиве arhiv.rar появится новый файл myfile3.txt).

Задание 4: Добавить в существующий файл arhivl .гаг файл myfile2.txt.

-Открыть папку Dir1, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir1);

-Перетащить файл myfile1.txt на окно, открытого в WinRar, архива arhiv1;

-В открывшемся диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатья;

-Подтвердить добавление нового файла к архиву arhiv1.rar, нажав клавишу Enter (в архиве arhiv.rar появится новый файл myfile2.txt).

Задание5: Удалить из архива файл myfilel.txt.

-Щелчком левой клавиши мыши выделить в архиве файл myfile1.txt (файл выделится цветом);

-Нажать кнопку Delete;

-Подтвердить удаление, нажав клавишу Enter (файл myfile1.txt будет удален из архива arhiv1.rar).

Задание 6: Создать архив arhiv2.rar, содержащий в себе файлы myfile2.txt и myfile3.txt, используя нормальную степень сжатия (normal).

-Перейти в папку Dir1;

-Щелчком левой клавиши мыши выделить файл myfile2.txt (файл выделится цветом);

-Вывести диалоговое окно создания нового архива (Alt+A);

-Ввести в соответствующее поле имя будущего архива: “arhiv2.rar”;

-В диалоговом окне выбрать нормальную (normal) степень сжатия;

-Подтвердить действия, нажав Enter (архив с именем arhiv2.rar появится в паке Dir1);

-Открыть папку Dir2;

-Перетащить файл myfile3.txt на окно, открытого в WinRar, архива arhiv2.rar;

-В открывшемся диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатья;

-Подтвердить добавление нового файла к архиву arhiv2.rar, нажав клавишу Enter (в архиве arhiv.rar появится новый файл myfile3.txt).

	Задание 7: Преобразовать файл myfile2.txt архива arhivl.гаг в SFX архив.

-Открыть архив arhivl.гаг;

-Щелчком левой клавиши мыши выделить файл myfile2.txt (файл выделится цветом);

-Преобразовать архив в SFX (Alt+X);

-Подтвердить действия, нажав Enter.

Задание 8:Создать архив arhiv3.rar из файлов myfile1.txt и myfile2.txt.

-Выбрать файлы myfile1.txt , myfile2.txt (это можно сделать выделяя их поочередно с зажатой клавишей Ctrl);

-Вывести диалоговое окно создания нового архива (Alt+A);

-Ввести в соответствующее поле имя будущего архива: “arhiv3.rar”;

-Подтвердить действия, нажав Enter (архив с именем arhiv3.rar появится в паке Dir1);

Задание 9: Преобразовать аrhivЗ.гаг в самораспаковывающийся архив.

-Выбрать arhive3.rar (архив выделится цветом);

-Преобразовать архив в SFX (Alt+X);

-Подтвердить действия, нажав Enter.

Задание10: Из файла arhiv2.rar файл myfile2.txt распаковать в папку Dir2, а файл myfile3.txt удалить.

-Перейти в архив arhiv2.rar;

-Выбрать файл myfile2.txt (файл выделится цветом);

-Извлечь данные из архива (Alt+E);

-Выбрать папку Dir2, в которую будут извлечены файлы;

-Подтвердить действия, нажав Enter;

-Выбрать файл myfile3.txt (файл выделится цветом);

-Нажать кнопку Delete;

-Подтвердить удаление, нажав клавишу Enter (файл myfile3.txt будет удален из архива arhiv2.rar). 


Список использованной литературы

сжатие архиватор winrar преобразование

		Информатика, ч.I: Методические указания к лабораторным работам / Сост. Н. И. Иопа – Рязань: РГРТА 2002.

		Информатика. Базовый курс / С. В. Симонович и др. СПб.: Питер 2001, стр.368-369.

		Информатика: Учебник/ Под ред. проф. Макаровой. 3-е изд. М.: Финансы и статистика, 2001, стр. 418-419, 427-428.