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克日,国际电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,简称IEEE)宣布,授予杰【jie】可布立夫(Fellow Jacob Ziv) 2021 年度IEEE 终身声誉勋章。

Jacob Ziv

 

这位现在已90 岁的先辈,是一位以色列科学家,他开发了通用无损压缩演算法Lempel-Ziv,为厥后的GIF、PNG 和ZIP 档案的开发奠基了坚(jian)实的基础。

无损压缩演算法生长史

20 世纪70 年月,随着网际网路及PC 时代的来临,若何在有限影象体空《kong》间的装备上节约出更多的空间,并削减对频宽的占用,让档案在较低的网(wang)路频宽下实现更快的传输,成为彼时IT 行业亟需解决的一浩劫题。

正因此,资料压缩手艺也从背后逐渐走入民众视野,并最先在电脑领域饰演主要角色。

现在许多人都知道资料压缩主要有两种类型:一种是有损压缩,一种是无损压缩。

所谓有损压缩,主要是行使了人类对图像或音波中的某些频率不敏感「gan」的特征,允许压缩历程中损失一定的讯息,一样平常生涯中,我们常见的语言、图像、影片压缩着实都是有损压缩的方式。

与有损压缩相比,无损压缩要更为庞大一些,对此,IEEE 官方使用了「魔术」一词来形容这门手艺,其中缘故原由主要是由于无损压缩手艺是行使资料的统计冗余举行压缩,在解压之后,可完全恢回复始资料而不引起任何失真。这就像一位魔术师拿着魔术棒一挥,手中(zhong)的器械不见了,再一挥,又原封不动地泛起了,无损压损手艺就像演出魔“mo”术一样。

而杰可布立夫就是这位在资料压缩领域拿着魔术棒的大师。

不外,在杰可布立夫这位魔术师带来奇异的魔术之前,压缩演算法也履历了百年的生长历程:

事实上,发现于1838 年的摩斯电码(Morse code),是最早的资料压缩实例。随着大型电脑的兴起,数学家向农和罗伯特法诺(Robert Fano:CSAIL的盘算先驱和首创人)发现了Shannon-Fano(向农-法诺)编码演算法。他们的演算法基于符号(symbol)泛起的机率来给符号分配编码(code)。一个符号泛起的机率巨细与对应【ying】的编码成反比,进而用更短的方式来示意符号。1951 年,作为麻省理工的一名学生,大卫霍夫曼(David Huffman)选择写学期论‘lun’文而非期末考试的方式来完成学业义务,彼〖bi〗时他的论文问题是寻找二元树编码的最优演算法。不外,遗憾的是,经由几个月的起劲后依然没有任何功效,霍夫曼决议放弃所有论文相关的事情,最先学习为加入期末考试做准备。

就在那时,霍夫曼有时间找到一个与Shannon-Fano 编码相类似然则更有用的编码演算法,这种编码方式效率高、运算速率快。厥后到了20 世纪70 年月,随着线上储存的泛起,哈夫曼编码获得了普遍应用。不外,经由不停地实验,不少科学家发现哈夫曼编码所得的编码长度只是对讯息熵(形貌讯源的不确“que”定度)盘算效果的一种近似,还无法真正迫近讯息熵的极限。同时,它需要两次透过资料档案:一次盘算档案的统计特征,第二次编码资料。将字典与编码资料一起储存,增添了压缩档案的巨细。

1977 年,来自以色列的杰可布立夫和亚伯拉罕蓝波(Abraham Lempel)两位手艺大师打破传统的设计头脑,缔造出一种比哈夫曼编码更有用的压缩演算法,并以两小我私人名字来命名。同时,他们还揭晓了一篇名为《A Universal Algorithm for Sequential Data Compression》(顺序资料压缩的一个通用演算法“fa”)的论文,揭晓了独创的LZ77 演算法,这也是第一个使用字典来压缩资料的演算法。

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次年,杰可布立夫和亚伯拉罕蓝波再次揭晓一篇改善版的论文(《Compression of Individual Sequences via Variable Rate Coding》),并带来了LZ78 的压缩演算法。与LZ77 差异,LZ78 剖析输入资料,发生一个静态字典,不像LZ77 动态发生。该演算法成为80 年月初使用的Unix 压缩程式的基础;影响了【liao】90 年月的WinZip 和Gzip,为GIF、TIFF 图片名堂的开发带来了一定的指引。

若是没有这些演算法的存在,现在的我们纷歧定能够使用更为便捷的网路就可以发送大型资料档案,或还停留在将大型资料档案拷贝到光碟上举行传输时代;听音乐时,尚有可能需〖xu〗要CD 而不是透过串流方式来传输......

立夫的过往履历

这一切都需要「yao」谢谢杰可布立夫和亚伯拉罕蓝波。

「LZ 演算法是第一个乐成的通用压缩演算法」,一位支持立夫获奖的工程师如是说。这些演算法以及杰可布立夫对它们的剖析,为【wei】后续关于通用演算法的大多数事情奠基了基础。

回首立夫的过往履历,其跨越了半个世纪,将自己全身心地投入到压缩演算法领域中。

1931 年,出生在那时由英国统治的巴勒斯坦都会提比里亚(Tiberias,现属于以色列)的立夫,在很小的时刻,立夫就对电力和电子产物有着粘稠的兴趣,譬如,在演习小提琴的时刻,他会实验把曲谱架酿成一盏灯。此外,他还试图用钢琴弹奏的金属零件制作一个马可尼发射机。

1948 年,第一次以阿战争 zheng[发作时他在读高中,厥后被征召到前线短暂地服过役。由于一群母亲组织 *** ,他才早年线回到了后方,在空军受训担任雷达技师。战争竣事后,他进入以色列理工学院学习电气工 gong[程。

在1955 年完成硕士学位后,立夫重回国防界,并加入了以色列国防研究实验室(现为拉斐尔先进防御系统公司),开发用于导弹和其他军事系统的电子元件。

1959 年,立夫被选为以色列国防实验室为数不多的出国留学的研究职员之一。那时,立夫设计继续从事通讯事情,但他不再只对硬体感兴趣。有时时机之下,他阅读了《讯息理论》(Prentice-Hall,1953年)的书籍,他决议将讯息理论作为他关注的《de》焦点。然而,除了麻省理工学院之外,尚有什么地方可以研究讯息理论呢?

固然照样麻省理工!于是,1960 年,立夫进入MIT 读博,在讯息理论方面深造,在结业返回以色列后进入了国防部担任通讯部门主管。

1968 年,他返回美国,进入了贝尔实验室。

两年后,立夫和几个同事一起加入了以色列理工学院。就是在这里,他遇到了亚伯拉罕蓝波,两小我私人配合讨论了若何改善无损资料压缩。

立夫和蓝波都想知道他们是否可以开发一种无损资料压缩演算法,该演算法适用于任何类型的{de}资料,不需要预处置,而且能够实现资料的最佳压缩,这个目的被称「cheng」为Shannon 熵的工具界说。在设想时,他们并不清晰是否可以实现他们的目的。于是,他们决议找出谜底。

在深入研究几年后,随着LZ77 和LZ78 的泛起,代表了其研究乐成。立夫和蓝波开创了通用原始码,一系列无需知道固有讯息压缩资料的演算法,削减了从不失真和失真资料重修图像所需的资料率。

对此,史丹佛大学从事讯息理论的电气工程教授兹切威斯曼(Tsachy Weis *** an)示意:「在他们揭晓作品时,演算法清晰优雅,易于实现,运算庞漂亮低,这一事实险些无关紧要。更多的是关于理论效果,为接下来的研究带来主要意义。」

另外,立夫还促成了错误校正程式码的低运算庞大性解码理论。并于:

1993 年,因正确科学而被授予以色列奖(Israel Prize);1995 年,因其「对《dui》讯息理论、资料压缩的理论和实践的孝顺」获得IEEE 理查德  汉明奖章;1997 年,获得IEEE 讯息论学会的克劳德  向农奖;2008 年,获得BBVA 基金会知识尖端奖。

现在,依附「其对讯“xun”息理论和资料压缩手艺的主要孝顺和卓越的研究向导职(zhi)位」,被授予2021 年度IEEE 声誉勋章,可谓实至名归,向依旧奋战在研究一线的先辈致敬!

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