LZ77

LZ77：データ[[圧縮]]アルゴリズムの礎

1977年、Jacob ZivとAbraham Lempelによって開発されたLZ77は、データ[[圧縮]]アルゴリズムの歴史において重要な位置を占める技術です。その革新的な手法は、後の多くの圧縮アルゴリズムの基礎となり、現代のデジタルデータ処理においても広く利用されています。ZivとLempelの論文では、著者名はZiv and Lempelの順に記載されていますが、一般的にはLZ77、LZ78のようにLZの順で呼ばれることが多いです。

符号化の仕組み：過去を振り返ることで未来を圧縮する

LZ77は、データの先頭から順番に符号化していく逐次的なアプローチを採用しています。処理の過程で、現在注目している位置から始まる文字列（記号列）が、それ以前にデータ中に存在したかどうかを検索します。もし同じ文字列が見つかった場合、その文字列全体を、出現位置と長さという2つの情報（ポインタ）で置き換えます。この検索範囲は「スライド窓」と呼ばれ、いわば圧縮のための「辞書」として機能します。このため、LZ77は辞書式圧縮法に分類されます。

LZ77のオリジナルの仕様では、一致した文字列を(一致位置、一致長、次の不一致記号)の3つの値で表現しますが、様々な改良版や派生アルゴリズムが存在します。中でもLZSSは、その簡潔さと高い圧縮効率から、多くのアプリケーションで採用されています。例えば、広く利用されている圧縮ツールであるLHAやGZIPは、LZ77を改良したLZSSに、さらにハフマン符号化などの手法を組み合わせることで、より高い圧縮率を実現しています。 多くの場合、LZ77と表記されていても、実際にはLZSSが使われているケースがほとんどです。

スライド窓：効率的な辞書検索

LZ77の効率性は、スライド窓という動的な辞書構造に大きく依存しています。スライド窓は、過去に処理済みのデータの一部を保持し、現在の記号列と比較することで、効率的な一致検索を可能にします。スライド窓のサイズを適切に設定することで、圧縮率と処理速度のバランスを取ることが重要になります。スライド窓のサイズが大きすぎると、検索に時間がかかり、小さすぎると一致が見つかりにくくなり、圧縮率が低下します。

特許と歴史：技術の進化と普及

LZ77関連技術の特許は、いくつかの企業や研究者によって取得されてきました。例えば、ツリー構造を用いた辞書探索方法はゼロックス、ハッシュテーブルを用いた方法はStac社が特許を取得していました。しかし、これらの特許の多くは既に期限切れとなっており、現在では自由に利用できるようになっています。これは、LZ77が広く普及し、多くの応用が生まれる上で重要な要因となっています。

LZ77の意義と未来

LZ77は、そのシンプルさと効率性の高さから、データ[[圧縮]]技術の基礎として、現在でも広く利用されています。テキストファイル、画像、プログラムなど、様々な種類のデータの圧縮に用いられ、ストレージ容量の節約やデータ転送速度の向上に貢献しています。LZ77の原理は、後続のLZ78などのアルゴリズムにも受け継がれ、現代のデータ[[圧縮]]技術の発展に大きな影響を与えました。今後の技術革新においても、LZ77の持つ基本的な考え方は、重要な役割を担い続けるでしょう。また、LZ77の改良や派生アルゴリズムの研究も継続されており、さらなる高効率なデータ[[圧縮]]技術の開発が期待されます。

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