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 иЗив 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, ZipMagic 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/ПунктВызовФункции
File/ExitAH-F4Выход из просмотра
Edit/CopyCtrl-CКопировать выделенный текст в буфер
Edit/SelectallCtrl-AВыделить весь текст
Edit/FindCtrl-FПоиск подстроки в тексте
Edit/FindnextF3Поиск следующего появления стоки
ViewasWindowsCtrl-WИспользовать шрифты Windows
View as DOS textCtrl-DИспользовать DOSOEM шрифт
Help/ViewhelpFlВызвать 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 F 1 ;

– 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 GR 343 создать две папки с именами DIR 1 и DIR 2:

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

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

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

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

Б) В папке DIR 1 с помощью редактора Блокнот создать два текстовых файла: myfilel. txt и myfile 2. 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, азатем 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, азатем 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 DIR 2 создать файл myfile 3. 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, азатем 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 мышивыделить 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 мышивыделить 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 мышивыделить 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

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

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

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


Сжатие информации в ПК