ランレングス符号化

ランレングス符号化【Run-length encoding、RLE】は、データ圧縮技術の一種で、同じデータが連続する場合に、その出現回数を繰り返し数として短いデータで表現する手法です。圧縮後のデータを元に戻せる可逆圧縮のアルゴリズムです。

具体的には、例えば「AAAAAAAAAAABBBBCCCDDE」のような文字列をランレングス符号化すると、「A11B4C3DDE」というように、同じ文字が連続する部分を文字と出現回数で表現します。この例ではデータ量は約半分になっています。

このように、同じデータが繰り返し現れる場合には非常に効率的な圧縮が可能ですが、ランレングス符号化はデータにパターンが少ない場合や、ランレングス符号化によってデータサイズが大きくなる場合には効果がありません。以下のプログラムでは3文字以上同じ文字列が連続した場合のみ圧縮することでデータサイズが大きくならないようにしています。

ランレングス符号化は、データ圧縮の分野で幅広く使われています。特に、画像や音声などのデータでは、同じ値やパターンが連続することが多く、ランレングス符号化によって効果的に圧縮できる場合があります。例えば、白黒画像のFAXなどでは白と黒のピクセルが連続するため、大変有効な圧縮アルゴリズムです。

具体的には、以下のような場面でランレングス符号化が使われます。

  1. ビットマップ画像の圧縮:ビットマップ画像は、ピクセルごとに色情報を持つため、同じ色が連続する場合にはランレングス符号化が効果的です。
  2. 音声ファイルの圧縮:音声ファイルでは、同じ周波数や音量の波形が続くことが多く、ランレングス符号化によって圧縮できます。

なお、ランレングス符号化は単純な圧縮手法であり、他の高度な圧縮技術と組み合わせて使用することで、より高い圧縮効果を得ることができます。

<サンプルプログラム>

public class RunLengthEncoding {

    public static String encode(String input) {
        if (input == null)
            return "";
        // 文字列を文字配列に変換する
        char[] chars = input.toCharArray();
        // 出力用の文字列を初期化する
        StringBuilder output = new StringBuilder();
        // 同一文字の出現回数を数えるカウンターを初期化する
        int count = 1;
        // 入力文字列を1文字ずつ走査する
        for (int i = 1; i <= chars.length; i++) {
            if (i == chars.length || chars[i] != chars[i - 1]) {
                // 異なる文字が出現した場合、出現回数を出力文字列に追加する
                if (count > 2) {
                    output.append(chars[i - 1]).append(count);
                } else if (count == 2) {
                    output.append(chars[i - 2]).append(chars[i - 1]);
                } else {
                    output.append(chars[i - 1]);
                }
                count = 1;
            } else {
                // 同一文字が続く場合、カウンターをインクリメントする
                count++;
            }
        }
        // 出力文字列を返す
        return output.toString();
    }

    public static String decode(String input) {
        if (input == null)
            return "";
        // 文字列を文字配列に変換する
        char[] chars = input.toCharArray();
        // 出力用の文字列を初期化する
        StringBuilder output = new StringBuilder();
        // 数字の開始位置を保持する変数を初期化する
        int digitStart = -1;
        // 入力文字列を1文字ずつ走査する
        for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
            if (Character.isDigit(chars[i])) {
                // 数字の場合、数字の開始位置を記憶する
                if (digitStart == -1) {
                    digitStart = i;
                }
            } else {
                // 数字以外の場合、数字の終了位置までの文字列を繰り返し出力する
                if (digitStart != -1) {
                    int count = Integer.parseInt(input.substring(digitStart, i));
                    char c = chars[digitStart - 1];
                    for (int j = 1; j < count; j++) {
                        output.append(c);
                    }
                    digitStart = -1;
                }
                // 数字でない場合、単純に文字を出力する
                output.append(chars[i]);
            }
        }
        // 最後の文字が数字で終わっていた場合は、数字の終了位置までの文字列を繰り返し出力する
        if (digitStart != -1) {
            int count = Integer.parseInt(input.substring(digitStart));
            char c = chars[chars.length - 1];
            for (int j = 0; j < count; j++) {
                output.append(c);
            }
        }
        // 出力文字列を返す
        return output.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        String input = "AAAAAAAAAAABBBBCCCDDE";
        String compressed = encode(input);
        String decompressed = decode(compressed);
        System.out.println("入力文字列: " + input);
        System.out.println("圧縮文字列: " + compressed);
        System.out.println("伸長文字列: " + decompressed);
    }
}

<出力結果>

入力文字列: AAAAAAAAAAABBBBCCCDDE
圧縮文字列: A11B4C3DDE
伸長文字列: AAAAAAAAAAABBBBCCCDDE

投稿者プロフィール

山崎講師
山崎講師代表取締役
セイ・コンサルティング・グループ株式会社代表取締役。
岐阜県出身。
2000年創業、2004年会社設立。
IT企業向け人材育成研修歴業界歴20年以上。
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