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Algoritmos e Estruturas de Dados II
Compressão de DadosProf. Tiago Eugenio de Melo
www.tiagodemelo.info
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Observações
● As palavras com a fonte Courier indicam as palavras-reservadas da linguagem de programação.
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Referências
● Projetos de Algoritmos – com implementações em Pascal e C. Nivio Ziviani. 2a edição. Thomson, 2005.
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SIGLAS
● RI – Recuperação de Informação.● NLP – Natural Language Processing
(Processamento de Linguagem Natural).
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INTRODUÇÃO
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Compressão de Dados
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Compressão de Dados
● Representação de uma fonte de dados de forma mais precisa possível utilizando um menor número de bits.
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Compressão de Dados
● Representação de uma fonte de dados de forma mais precisa possível utilizando um menor número de bits.
● Objetivo é fazer com que a mesma quantidade de informação seja representada em um menor espaço de armazenamento.
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Compressão de Dados
● Representação de uma fonte de dados de forma mais precisa possível utilizando um menor número de bits.
● Objetivo é fazer com que a mesma quantidade de informação seja representada em um menor espaço de armazenamento.
● Eliminar redundâncias: recorrências de letras, dígitos ou pixels.
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Compressão de Dados
● Representação de uma fonte de dados de forma mais precisa possível utilizando um menor número de bits.
● Objetivo é fazer com que a mesma quantidade de informação seja representada em um menor espaço de armazenamento.
● Eliminar redundâncias: recorrências de letras, dígitos ou pixels.
● O receptor deve ser capaz de decodificar os dados para acessar a informação.
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Histórico
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Histórico
● A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador e um decodificador.
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Histórico
● A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador e um decodificador.
● Relatos de encriptação por volta de 1.500 a.C. (escrita cifrada para guardar segredos).
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Histórico
● A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador e um decodificador.
● Relatos de encriptação por volta de 1.500 a.C. (escrita cifrada para guardar segredos).
● Gregos e espartanos usavam códigos em movimentos bélicos durante as guerras (475 a.C.).
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Histórico
● A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador e um decodificador.
● Relatos de encriptação por volta de 1.500 a.C. (escrita cifrada para guardar segredos).
● Gregos e espartanos usavam códigos em movimentos bélicos durante as guerras (475 a.C.).
● No Século XIX, a invenção do telégrafo e do Código Morse abriu espaço para a criptografia moderna que deixou de ter processos exclusivamente manuais.
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Histórico
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Histórico
● 1a Guerra Mundial (1914 a 1918): máquinas de codificação mecânicas usadas para codificar e decodificar textos usando encriptações sofisticadas e complexas.
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Histórico
● 1a Guerra Mundial (1914 a 1918): máquinas de codificação mecânicas usadas para codificar e decodificar textos usando encriptações sofisticadas e complexas.
● 2a Guerra Mundial (1939 a 1945): codificação da mensagem para esconder a informação que era passada através dos rádios (surge a compactação dos dados).
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Histórico
● 1a Guerra Mundial (1914 a 1918): máquinas de codificação mecânicas usadas para codificar e decodificar textos usando encriptações sofisticadas e complexas.
● 2a Guerra Mundial (1939 a 1945): codificação da mensagem para esconder a informação que era passada através dos rádios (surge a compactação dos dados).
● Advento dos computadores digitais:
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Histórico
● 1a Guerra Mundial (1914 a 1918): máquinas de codificação mecânicas usadas para codificar e decodificar textos usando encriptações sofisticadas e complexas.
● 2a Guerra Mundial (1939 a 1945): codificação da mensagem para esconder a informação que era passada através dos rádios (surge a compactação dos dados).
● Advento dos computadores digitais:– Necessidade de criação de códigos seguros.
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Histórico
● 1a Guerra Mundial (1914 a 1918): máquinas de codificação mecânicas usadas para codificar e decodificar textos usando encriptações sofisticadas e complexas.
● 2a Guerra Mundial (1939 a 1945): codificação da mensagem para esconder a informação que era passada através dos rádios (surge a compactação dos dados).
● Advento dos computadores digitais:– Necessidade de criação de códigos seguros.– Necessidade de redução do espaço de armazenamento.
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Motivação
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.– Sistemas de automação de escritórios.
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.– Sistemas de automação de escritórios.– Bancos de dados de documentos.
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.– Sistemas de automação de escritórios.– Bancos de dados de documentos.– World Wide Web (WWW).
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.– Sistemas de automação de escritórios.– Bancos de dados de documentos.– World Wide Web (WWW).
● Somente a Web tem hoje 1,714,748,192 de páginas estáticas disponíveis.
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.– Sistemas de automação de escritórios.– Bancos de dados de documentos.– World Wide Web (WWW).
● Somente a Web tem hoje 1,714,748,192 de páginas estáticas disponíveis.– Cada bilhão de páginas ocupando aproximadamente
10 terabytes de texto.
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Motivação
● Explosão de informação textual disponível on-line:– Bibliotecas digitais.– Sistemas de automação de escritórios.– Bancos de dados de documentos.– World Wide Web (WWW).
● Somente a Web tem hoje 1,714,748,192 de páginas estáticas disponíveis.– Cada bilhão de páginas ocupando aproximadamente 10
terabytes de texto.– Há uma estimativa do Google ter mais de 60 trilhões de
páginas indexadas.
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Características necessárias para sistemas de RI
[1] Silva de Moura, Edleno, et al. "Fast and flexible word searching on compressed text." ACM Transactions on Information Systems (TOIS) 18.2 (2000): 113-139.
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Características necessárias para sistemas de RI
● Métodos de compressão de dados permitem:
[1] Silva de Moura, Edleno, et al. "Fast and flexible word searching on compressed text." ACM Transactions on Information Systems (TOIS) 18.2 (2000): 113-139.
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Características necessárias para sistemas de RI
● Métodos de compressão de dados permitem:– Pesquisar diretamente o texto comprimido mais
rapidamente do que o texto original.
[1] Silva de Moura, Edleno, et al. "Fast and flexible word searching on compressed text." ACM Transactions on Information Systems (TOIS) 18.2 (2000): 113-139.
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34/150
Características necessárias para sistemas de RI
● Métodos de compressão de dados permitem:– Pesquisar diretamente o texto comprimido mais
rapidamente do que o texto original.– Obter maior compressão em relação a métodos
tradicionais, gerando maior economia de espaço.
[1] Silva de Moura, Edleno, et al. "Fast and flexible word searching on compressed text." ACM Transactions on Information Systems (TOIS) 18.2 (2000): 113-139.
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35/150
Características necessárias para sistemas de RI
● Métodos de compressão de dados permitem:– Pesquisar diretamente o texto comprimido mais
rapidamente do que o texto original.– Obter maior compressão em relação a métodos
tradicionais, gerando maior economia de espaço.– Acessar diretamente qualquer parte do texto
comprimido sem necessidade de descomprimir todo o texto desde o início[1].
[1] Silva de Moura, Edleno, et al. "Fast and flexible word searching on compressed text." ACM Transactions on Information Systems (TOIS) 18.2 (2000): 113-139.
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36/150
Características necessárias para sistemas de RI
● Métodos de compressão de dados permitem:– Pesquisar diretamente o texto comprimido mais
rapidamente do que o texto original.– Obter maior compressão em relação a métodos
tradicionais, gerando maior economia de espaço.– Acessar diretamente qualquer parte do texto
comprimido sem necessidade de descomprimir todo o texto desde o início[1].
● Compromisso espaço versus tempo.
[1] Silva de Moura, Edleno, et al. "Fast and flexible word searching on compressed text." ACM Transactions on Information Systems (TOIS) 18.2 (2000): 113-139.
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Por que usar compressão?
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38/150
Por que usar compressão?
● Compressão de texto
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Por que usar compressão?
● Compressão de texto– Maneiras de representar o texto original em menos
espaço.
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40/150
Por que usar compressão?
● Compressão de texto– Maneiras de representar o texto original em menos
espaço.– Substituir os símbolos do texto por outros que
possam ser representados usando um número menor de bits ou bytes.
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Por que usar compressão?
● Compressão de texto– Maneiras de representar o texto original em menos
espaço.– Substituir os símbolos do texto por outros que
possam ser representados usando um número menor de bits ou bytes.
● Ganho obtido
![Page 42: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/42.jpg)
42/150
Por que usar compressão?
● Compressão de texto– Maneiras de representar o texto original em menos
espaço.– Substituir os símbolos do texto por outros que
possam ser representados usando um número menor de bits ou bytes.
● Ganho obtido– O texto comprimido ocupa menos espaço de
armazenamento.
![Page 43: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/43.jpg)
43/150
Por que usar compressão?
● Compressão de texto– Maneiras de representar o texto original em menos espaço.– Substituir os símbolos do texto por outros que possam ser
representados usando um número menor de bits ou bytes.● Ganho obtido
– O texto comprimido ocupa menos espaço de armazenamento.
– Menos tempo para ser lido do disco ou ser transmitido por um canal de comunicação e para ser pesquisado.
![Page 44: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/44.jpg)
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Por que usar compressão?
![Page 45: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/45.jpg)
45/150
Por que usar compressão?
● Preço a pagar
![Page 46: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/46.jpg)
46/150
Por que usar compressão?
● Preço a pagar– Custo computacional para codificar e decodificar o
texto.
![Page 47: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/47.jpg)
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Por que usar compressão?
● Preço a pagar– Custo computacional para codificar e decodificar o
texto.● Avanço da tecnologia
![Page 48: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/48.jpg)
48/150
Por que usar compressão?
● Preço a pagar– Custo computacional para codificar e decodificar o
texto.● Avanço da tecnologia
– Há estimativas de que em 20 anos, o tempo de acesso a discos magnéticos tem se mantido praticamente constante, enquanto a velocidade de processamento aumentou aproximadamente 2 mil vezes.
![Page 49: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/49.jpg)
49/150
Por que usar compressão?
● Preço a pagar– Custo computacional para codificar e decodificar o texto.
● Avanço da tecnologia– Há estimativas de que em 20 anos, o tempo de acesso a
discos magnéticos tem se mantido praticamente constante, enquanto a velocidade de processamento aumentou aproximadamente 2 mil vezes.
– Aumento do investimento no poder de computação em compressão em troca de menos espaço em disco ou menor tempo de transmissão.
![Page 50: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/50.jpg)
50/150
Razão de Compressão
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51/150
Razão de Compressão
● Definida pela porcentagem que o arquivo comprimido representa em relação ao tamanho do arquivo não comprimido.
![Page 52: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/52.jpg)
52/150
Razão de Compressão
● Definida pela porcentagem que o arquivo comprimido representa em relação ao tamanho do arquivo não comprimido.
● Exemplo: se o arquivo não comprimido possui 100 bytes e o arquivo comprimido resultante por 30 bytes, então a razão de compressão é de 30%.
![Page 53: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/53.jpg)
53/150
Razão de Compressão
● Definida pela porcentagem que o arquivo comprimido representa em relação ao tamanho do arquivo não comprimido.
● Exemplo: se o arquivo não comprimido possui 100 bytes e o arquivo comprimido resultante por 30 bytes, então a razão de compressão é de 30%.
● Utilizada para medir o ganho em espaço obtido por um método de compressão.
![Page 54: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/54.jpg)
54/150
Outros importantes aspectos a considerar
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55/150
Outros importantes aspectos a considerar
● Além da economia de espaço, deve-se considerar:
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56/150
Outros importantes aspectos a considerar
● Além da economia de espaço, deve-se considerar:– Velocidade de compressão e descompressão.
![Page 57: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/57.jpg)
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Outros importantes aspectos a considerar
● Além da economia de espaço, deve-se considerar:– Velocidade de compressão e descompressão.– Possibilidade de realizar casamento de cadeias
diretamente do texto comprimido.
![Page 58: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/58.jpg)
58/150
Outros importantes aspectos a considerar
● Além da economia de espaço, deve-se considerar:– Velocidade de compressão e descompressão.– Possibilidade de realizar casamento de cadeias
diretamente do texto comprimido.– Permitir acesso direto a qualquer parte do texto
comprimido e iniciar a descompressão a partir da parte acessada.
![Page 59: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/59.jpg)
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Outros importantes aspectos a considerar
● Além da economia de espaço, deve-se considerar:– Velocidade de compressão e descompressão.– Possibilidade de realizar casamento de cadeias diretamente
do texto comprimido.– Permitir acesso direto a qualquer parte do texto comprimido
e iniciar a descompressão a partir da parte acessada.● Um sistema de RI para grandes coleções de
documentos que estejam comprimidos necessitam acesso direto a qualquer ponto do texto comprimido.
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Código de Huffman
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61/150
O que é?
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62/150
O que é?
● É um método de compactação que usa as probabilidades de ocorrências dos símbolos no conjunto de dados a ser compactado para determinar códigos de tamanho variável para cada símbolo.
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Procedimento
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64/150
Procedimento
● É construída uma árvore binária baseada na frequência de uso das letras do alfabeto de modo que as mais frequentemente utilizadas apareçam mais perto da raiz.
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65/150
Procedimento
● É construída uma árvore binária baseada na frequência de uso das letras do alfabeto de modo que as mais frequentemente utilizadas apareçam mais perto da raiz.
● A árvore é construída de baixo para cima (das folhas para a raiz), começando a partir das letras menos usadas até atingir a raiz.
![Page 66: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/66.jpg)
66/150
Procedimento
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67/150
Procedimento
● Etapas:
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68/150
Procedimento
● Etapas:– Cálculo da frequência de cada caractere no
arquivo.
![Page 69: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/69.jpg)
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Procedimento
● Etapas:– Cálculo da frequência de cada caractere no
arquivo.– Execução do algoritmo de Huffman para a
construção de uma árvore binária.
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70/150
Procedimento
● Etapas:– Cálculo da frequência de cada caractere no
arquivo.– Execução do algoritmo de Huffman para a
construção de uma árvore binária.– Codificação propriamente dita.
![Page 71: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/71.jpg)
71/150
Compressão de textos em linguagem natural
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Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):
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73/150
Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):– Atribui códigos mais curtos a símbolos com
frequências altas.
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74/150
Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):– Atribui códigos mais curtos a símbolos com
frequências altas.– Um código único, de tamanho variável, é atribuído
a cada símbolo diferente do texto.
![Page 75: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/75.jpg)
75/150
Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):– Atribui códigos mais curtos a símbolos com
frequências altas.– Um código único, de tamanho variável, é atribuído
a cada símbolo diferente do texto.– As implementações tradicionais do método de
Huffman consideram caracteres como símbolos.
![Page 76: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/76.jpg)
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Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):– Atribui códigos mais curtos a símbolos com frequências
altas.– Um código único, de tamanho variável, é atribuído a cada
símbolo diferente do texto.– As implementações tradicionais do método de Huffman
consideram caracteres como símbolos.– Para aliar as necessidades dos algoritmos de
compressão às necessidades dos sistemas de RI apontadas acima, deve-se considerar palavras como símbolos a serem codificados.
![Page 77: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/77.jpg)
77/150
Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):– Atribui códigos mais curtos a símbolos com frequências altas.– Um código único, de tamanho variável, é atribuído a cada
símbolo diferente do texto.– As implementações tradicionais do método de Huffman
consideram caracteres como símbolos.– Para aliar as necessidades dos algoritmos de compressão às
necessidades dos sistemas de RI apontadas acima, deve-se considerar palavras como símbolos a serem codificados.
– Métodos de Huffman baseados em caracteres comprimem o texto para aproximadamente 60%.
![Page 78: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/78.jpg)
78/150
Compressão de textos em linguagem natural
● Um dos métodos de codificação mais conhecidos é o de Huffman (1952):– Atribui códigos mais curtos a símbolos com frequências altas.– Um código único, de tamanho variável, é atribuído a cada símbolo
diferente do texto.– As implementações tradicionais do método de Huffman consideram
caracteres como símbolos.– Para aliar as necessidades dos algoritmos de compressão às
necessidades dos sistemas de RI apontadas acima, deve-se considerar palavras como símbolos a serem codificados.
– Métodos de Huffman baseados em caracteres comprimem o texto para aproximadamente 60%.
– Métodos de Huffman baseados em palavras comprimem o texto para valores pouco acima de 25%.
![Page 79: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/79.jpg)
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Métodos de Huffman baseados em palavras: vantagens
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80/150
Métodos de Huffman baseados em palavras: vantagens
● Permitem acesso randômico a palavras dentro do texto comprimido.
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Métodos de Huffman baseados em palavras: vantagens
● Permitem acesso randômico a palavras dentro do texto comprimido.
● Considerar palavras como símbolos significa que a tabela de símbolos do codificador é exatamente o vocabulário do texto.
![Page 82: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/82.jpg)
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Métodos de Huffman baseados em palavras: vantagens
● Permitem acesso randômico a palavras dentro do texto comprimido.
● Considerar palavras como símbolos significa que a tabela de símbolos do codificador é exatamente o vocabulário do texto.– Isso permite uma integração natural entre o método
de compressão e o arquivo invertido.
![Page 83: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/83.jpg)
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Compressão de Huffman usando palavras
![Page 84: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/84.jpg)
84/150
Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
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Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
● O método considera cada palavra diferente do texto como um símbolo.
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Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
● O método considera cada palavra diferente do texto como um símbolo.– Conta suas frequências e gera um código de
Huffman para as suas palavras.
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Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
● O método considera cada palavra diferente do texto como um símbolo.– Conta suas frequências e gera um código de
Huffman para as suas palavras.– A seguir, comprime o texto substituindo cada
palavra pelo seu código.
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Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
● O método considera cada palavra diferente do texto como um símbolo.– Conta suas frequências e gera um código de
Huffman para as suas palavras.– A seguir, comprime o texto substituindo cada
palavra pelo seu código.● Assim, a compressão é realizada em duas
passadas sobre o texto:
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Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
● O método considera cada palavra diferente do texto como um símbolo.– Conta suas frequências e gera um código de Huffman
para as suas palavras.– A seguir, comprime o texto substituindo cada palavra
pelo seu código.● Assim, a compressão é realizada em duas
passadas sobre o texto:– Obtenção da frequência de cada palavra diferente.
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Compressão de Huffman usando palavras
● Técnica de compressão mais eficaz para textos em linguagem natural.
● O método considera cada palavra diferente do texto como um símbolo.– Conta suas frequências e gera um código de Huffman para
as suas palavras.– A seguir, comprime o texto substituindo cada palavra pelo
seu código.● Assim, a compressão é realizada em duas passadas
sobre o texto:– Obtenção da frequência de cada palavra diferente.– Realização da compressão.
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
● Separadores são caracteres que aparecem entre palavras:
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
● Separadores são caracteres que aparecem entre palavras:– Espaço, vírgula, ponto, ponto e vírgula,
interrogação, entre outros.
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
● Separadores são caracteres que aparecem entre palavras:– Espaço, vírgula, ponto, ponto e vírgula,
interrogação, entre outros.● Uma forma eficiente de lidar com palavras e
separadores é representar o espaço simples de forma implícita no texto comprimido.
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
● Separadores são caracteres que aparecem entre palavras:– Espaço, vírgula, ponto, ponto e vírgula, interrogação,
entre outros.● Uma forma eficiente de lidar com palavras e
separadores é representar o espaço simples de forma implícita no texto comprimido.– Nesse modelo, se uma palavra é seguida de um espaço,
então somente a palavra é codificada.
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
● Separadores são caracteres que aparecem entre palavras:– Espaço, vírgula, ponto, ponto e vírgula, interrogação, entre
outros.● Uma forma eficiente de lidar com palavras e separadores
é representar o espaço simples de forma implícita no texto comprimido.– Nesse modelo, se uma palavra é seguida de um espaço, então
somente a palavra é codificada.– Senão, a palavra e o separador são codificados separadamente.
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Forma eficiente de lidar com palavras e separadores
● Um texto em linguagem natural é constituído de palavras e separadores.
● Separadores são caracteres que aparecem entre palavras:– Espaço, vírgula, ponto, ponto e vírgula, interrogação, entre outros.
● Uma forma eficiente de lidar com palavras e separadores é representar o espaço simples de forma implícita no texto comprimido.– Nesse modelo, se uma palavra é seguida de um espaço, então
somente a palavra é codificada.– Senão, a palavra e o separador são codificados separadamente.
● No momento da decodificação, supõe-se que um espaço simples segue cada palavra, a não ser que o próximo símbolo corresponda a um separador.
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Árvore de Huffman
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101/150
Árvore de Huffman
● O método de Huffman produz a árvore de codificação que minimiza o comprimento do arquivo compactado.
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102/150
Árvore de Huffman
● O método de Huffman produz a árvore de codificação que minimiza o comprimento do arquivo compactado.
● Existem diversas árvores que produzem a mesma compressão:
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103/150
Árvore de Huffman
● O método de Huffman produz a árvore de codificação que minimiza o comprimento do arquivo compactado.
● Existem diversas árvores que produzem a mesma compressão:– Por exemplo, trocar o filho à esquerda de um nó
por um filho à direita leva a uma árvore de codificação alternativa com a mesma razão de compressão.
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104/150
Árvore de Huffman
● O método de Huffman produz a árvore de codificação que minimiza o comprimento do arquivo compactado.
● Existem diversas árvores que produzem a mesma compressão:– Por exemplo, trocar o filho à esquerda de um nó
por um filho à direita leva a uma árvore de codificação alternativa com a mesma razão de compressão.
– Entretanto, a escolha preferencial para a maioria das aplicações é a árvore canônica.
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105/150
Árvore de Huffman
● O método de Huffman produz a árvore de codificação que minimiza o comprimento do arquivo compactado.
● Existem diversas árvores que produzem a mesma compressão:– Por exemplo, trocar o filho à esquerda de um nó por um
filho à direita leva a uma árvore de codificação alternativa com a mesma razão de compressão.
– Entretanto, a escolha preferencial para a maioria das aplicações é a árvore canônica.
● Uma árvore de Huffman é canônica quando a altura da subárvore à direita de qualquer nó nunca é menor que a altura da subárvore à esquerda.
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106/150
Árvore de Huffman
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107/150
Árvore de Huffman
● A representação do código na forma de árvore facilita a visualização.
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108/150
Árvore de Huffman
● A representação do código na forma de árvore facilita a visualização.
● Sugere métodos de codificação e decodificação triviais:
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109/150
Árvore de Huffman
● A representação do código na forma de árvore facilita a visualização.
● Sugere métodos de codificação e decodificação triviais:– Codificação: a árvore é percorrida emitindo bits ao
longo de suas arestas.
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110/150
Árvore de Huffman
● A representação do código na forma de árvore facilita a visualização.
● Sugere métodos de codificação e decodificação triviais:– Codificação: a árvore é percorrida emitindo bits ao
longo de suas arestas.– Decodificação: os bits de entrada são usados para
selecionar as arestas.
![Page 110: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/110.jpg)
111/150
Árvore de Huffman
● A representação do código na forma de árvore facilita a visualização.
● Sugere métodos de codificação e decodificação triviais:– Codificação: a árvore é percorrida emitindo bits ao
longo de suas arestas.– Decodificação: os bits de entrada são usados para
selecionar as arestas.– Essa abordagem é ineficiente tanto em termos de
espaço quanto em termos de tempo.
![Page 111: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/111.jpg)
112/150
Algoritmo baseado na codificação canônica com comportamento linear
em tempo e espaço
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113/150
Algoritmo baseado na codificação canônica com comportamento linear
em tempo e espaço● O algoritmo é atribuído a Moffat e Katajainen
(1995)
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114/150
Algoritmo baseado na codificação canônica com comportamento linear
em tempo e espaço● O algoritmo é atribuído a Moffat e Katajainen
(1995)● Calcula os comprimentos dos códigos em lugar
dos códigos propriamente ditos.
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115/150
Algoritmo baseado na codificação canônica com comportamento linear
em tempo e espaço● O algoritmo é atribuído a Moffat e Katajainen
(1995)● Calcula os comprimentos dos códigos em lugar
dos códigos propriamente ditos.● A compressão atingida é a mesma,
independentemente dos códigos utilizados.
![Page 115: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/115.jpg)
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Algoritmo baseado na codificação canônica com comportamento linear
em tempo e espaço● O algoritmo é atribuído a Moffat e Katajainen
(1995)● Calcula os comprimentos dos códigos em lugar
dos códigos propriamente ditos.● A compressão atingida é a mesma,
independentemente dos códigos utilizados.● Após o cálculo dos comprimentos, há uma forma
elegante e eficiente para a codificação e a decodificação.
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117/150
Exemplo
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118/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
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119/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF
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120/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF● A menor codificação possível para os
caracteres é em binário de três bits por caractere.
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121/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF● A menor codificação possível para os
caracteres é em binário de três bits por caractere.
● Portanto:
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122/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF● A menor codificação possível para os
caracteres é em binário de três bits por caractere.
● Portanto:
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123/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF● A menor codificação possível para os caracteres
é em binário de três bits por caractere.● Portanto:
● Gerando:
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Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF● A menor codificação possível para os caracteres é
em binário de três bits por caractere.● Portanto:
● Gerando:000000000000000000001001001001001010010010010011011011100100101
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125/150
Exemplo
● Considere a seguinte sequência de caracteres:
AAAAAABBBBBCCCCDDDEEF● A menor codificação possível para os caracteres é
em binário de três bits por caractere.● Portanto:
● Gerando:000000000000000000001001001001001010010010010011011011100100101
63 bits de comprimento
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126/150
Exemplo (cont.)
![Page 126: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/126.jpg)
127/150
Exemplo (cont.)
● Para usar o código de Huffman, é necessário montar uma árvore.
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128/150
Exemplo (cont.)
● Para usar o código de Huffman, é necessário montar uma árvore.
● O primeiro passo é contar as ocorrências de cada símbolo da cadeia:
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129/150
Exemplo (cont.)
● Para usar o código de Huffman, é necessário montar uma árvore.
● O primeiro passo é contar as ocorrências de cada símbolo da cadeia:
![Page 129: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/129.jpg)
130/150
Exemplo (cont.)
![Page 130: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/130.jpg)
131/150
Exemplo (cont.)
● Passo 1
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132/150
Exemplo (cont.)
● Passo 1
![Page 132: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/132.jpg)
133/150
Exemplo (cont.)
● Passo 1
● Passo 2
![Page 133: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/133.jpg)
134/150
Exemplo (cont.)
● Passo 1
● Passo 2
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135/150
Exemplo (cont.)
![Page 135: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/135.jpg)
136/150
Exemplo (cont.)
● Passo 3
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137/150
Exemplo (cont.)
● Passo 3
![Page 137: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/137.jpg)
138/150
Exemplo (cont.)
![Page 138: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/138.jpg)
139/150
Exemplo (cont.)
● Passo 4
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140/150
Exemplo (cont.)
● Passo 4
![Page 140: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/140.jpg)
141/150
Exemplo (cont.)
![Page 141: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/141.jpg)
142/150
Exemplo (cont.)
● Árvore de Huffman
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143/150
Exemplo (cont.)
● Árvore de Huffman
![Page 143: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/143.jpg)
144/150
Exemplo (cont.)
● Árvore de Huffman
![Page 144: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/144.jpg)
145/150
Exemplo (cont.)
![Page 145: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/145.jpg)
146/150
Exemplo (cont.)
● A sequência original agora é representada por:
![Page 146: Compressão de Dadostiagodemelo.info/wp-content/uploads/2019/09/compressao...15/150 Histórico A compressão de dados é oriunda da Criptografia: algoritmo de compressão é um codificador](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022060817/6095f9d95a3522185a0f9951/html5/thumbnails/146.jpg)
147/150
Exemplo (cont.)
● A sequência original agora é representada por:● 000000000000101010101011111111010010010011001100111
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148/150
Exemplo (cont.)
● A sequência original agora é representada por:● 000000000000101010101011111111010010010011001100111
● Totalizando 51 bits.
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149/150
Exemplo (cont.)
● A sequência original agora é representada por:● 000000000000101010101011111111010010010011001100111
● Totalizando 51 bits.● A compressão foi de 12 bits ou cerca de 20%.
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151/150
Exercícios
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152/150
Exercícios
● Desenhar a árvore de Huffman para o seguinte conjunto de chaves e frequências descrito abaixo:– {A:1, B:6, C:2, D:1, E:1, F:9, G:2, H:3}
● A árvore fornecida pelo algoritmo de Huffman é única, ou seja, a árvore sempre fornecerá a mesma árvore?