专利名称：一种模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法
技术领域：
本发明涉及一种数据处理方法，尤其涉及一种模拟魔方状态恢复的空间变换数据 压缩方法。
背景技术：
数据压缩技术是数据处理技术中最常用的技术之一。随着时代的发展，人们需要 越来越大的存贮空间来存储海量的信息，需要越来越高的传输带宽来传输海量的信息，所 以人们渴望能够提高数据的压缩率以减缓对硬件资源要求日益提升的压力。传统的数据压缩技术，采用的是不改变数据空间结构的统计压缩算法，这些算 法在一定程度上能对随机出现的数据进行压缩。但是针对某些情况往往效果不佳。比如， 当出现连续的“1”或者连续的“0”时采用游程编码方式，效率是比较高的，但是当出现“1” 和“0”频繁交替的情况时，采用游程编码等常规编码方式效率就会很低。因此，数据整体的 压缩效率就会降低，这时就需要很大存储空间和传输带宽来存储和传输数据，使得硬件资 源的利用率降低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，它可 以在出现“1”和“0”频繁交替的情况时，仍然具有较高的压缩效率，从而节省存储空间和传 输带宽，提高硬件资源的利用率。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种模拟魔方状态恢复的空间 变换数据压缩方法，包括以下步骤
Si，计算机记录正四面体魔方由初始状态变换到的全部的最终状态以及变换到这种最 终状态的变换路径；
S2，计算机接收N位二进制原始数据，并以72位为一组，划分得到N/72组数据，最后一 组不足72位时加零补齐至72位；
S3，将每一组数据与计算机所记录的魔方的最终状态相匹配并得到一组最相似的最终 状态；
S4,记录得到的最相似的最终状态所对应的变换到这种最终状态的变换路径数据，形 成原始数据的最终的压缩数据文件。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，步骤Sl所述的正四面体 有4种颜色，分别用二进制数00、01、10、11表示，使得每组二进制数据和魔方最终状态的匹 配度更高，从而降低了有损压缩的程度。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，步骤Sl所述的最终状态 和变换路径是有限的。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，所述的最终状态是由正四 面体侧面展开形成的宽度为3的平行四边形来表示的，使得观察人员可以清楚直观的看到正四面体变换的全部最终状态。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，所述的变换路径包括如 果到达同一状态有多条路径，则记录这些路径中步骤最少的那条，从而减少了数据的存储 量，节约了存储空间。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，步骤S3所述的每一组数 据均按从左到右的顺序排列成一个宽度为3的平行四边形，使得每组数据的排列方式和最 终状态的显示方式相同，而且平行四边形是标准的矩阵格式，从而方便计算机进行匹配。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，步骤S3所述的将每一组 数据与计算机记录的魔方的最终状态相匹配是指，每一组二进制数据和魔方的每种颜色都 用二进制数表示出来的最终状态相匹配，使得计算机可以快速找出所匹配的最终状态。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，步骤S3所述的得到一组 最相似的最终状态包括如果某一组数据与两个或两个以上的最终状态相似，则取对应的 变换路径中步骤最少的那个，从而减少了数据的存储量，节约了存储空间。前述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法中，步骤Sl所述的变换包括 八种旋转方式旋转上角第一层记为000，旋转上角第二层记为001，旋转左角第一层记为 010，旋转左角第二层记为011，旋转右角第一层记为100，旋转右角第二层记为101，旋转前 角第一层记为110，旋转前角第二层记为111，所述的旋转包括统一顺时针旋转，逆时针旋 转等于两次顺时针转，从而方便计算机准确的记录魔方变换到最终状态的变换路径。与现有技术相比，本发明通过模拟魔方状态恢复的空间变换，将频繁交替的0、1 序列组与正四面体魔方有限的最终状态相匹配并得到一组最相似的最终状态，计算机记录 得到的最终状态对应的变换路径作为原始数据最终的压缩数据文件，从而实现了较高的压 缩效率，节省了存储空间和传输带宽，提高了硬件资源的利用率。据大量统计表明，对于频 繁交替的0、1序列，本方法的作用更加明显。也就是说，在传统的压缩方法已压缩数据后， 采用本发明所述的方法对压缩数据再进行数据压缩，其压缩效率可以再提高17%左右。此 外，本发明中的正四面体有4种颜色，分别用二进制数00、01、10、11表示，使得每组二进制 数据和魔方最终状态的匹配度更高，从而降低了有损压缩的程度。其次，本发明中所述的最 终状态是由正四面体侧面展开形成的宽度为3的平行四边形来表示的，使得观察人员可以 清楚直观的看到正四面体变换的全部最终状态。再次，本发明所记录的路径是所有到达相 同的最终状态的路径中步骤最少的那条；而且本发明所匹配的最终状态取的是对应的变换 路径中步骤最少的那个，从而减少了数据的存储量，节约了存储空间。再次，本发明中所述 的每一组数据均按从左到右的顺序排列成一个宽度为3的平行四边形，使得每组数据的排 列方式和最终状态的显示方式相同，而且平行四边形是标准的矩阵格式，从而方便计算机 进行匹配。再次，本发明将每一组二进制数据和魔方的每种颜色都用二进制数表示出来的 最终状态相匹配，使得计算机可以快速找出所匹配的最终状态。最后，本发明中所述的变换 包括八种旋转方式旋转上角第一层记为000，旋转上角第二层记为001，旋转左角第一层 记为010，旋转左角第二层记为011，旋转右角第一层记为100，旋转右角第二层记为101，旋 转前角第一层记为110，旋转前角第二层记为111，所述的旋转包括统一顺时针旋转或统一 逆时针旋转，逆时针旋转等于两次顺时针转，从而方便计算机准确的记录魔方变换到最终 状态的变换路径。
图1为本发明的方法流程图2为本发明中正四面体侧面展开形成的平行四边形； 图3为本发明中正四面体变换的8中旋转方式的示意图。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
具体实施例方式
具体实施例方式一种模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，如图1所示， 包括以下步骤
Si，计算机记录正四面体魔方由初始状态变换到的全部的最终状态以及变换到这种最 终状态的变换路径，其中所述的初始状态如图2所示；
S2，计算机接收N位二进制原始数据，并以72位为一组，划分得到N/72组数据，最后一 组不足72位时加零补齐至72位；
S3，将每一组数据与计算机所记录的魔方的最终状态相匹配并得到一组最相似的最终 状态；
S4,记录得到的最相似的最终状态所对应的变换到这种最终状态的变换路径数据，形 成原始数据的最终的压缩数据文件。上述方法的步骤Sl中，所述的正四面体有4种颜色，分别用二进制数00、01、10、 11表示，使得每组二进制数据和魔方最终状态的匹配度更高，从而降低了有损压缩的程度。 (如图2所示)
上述方法的步骤Sl中，所述的最终状态和变换路径是有限的，并且所述的最终状态和 变换路径都是通过穷举的方式得到的。上述方法中，所述的最终状态是由正四面体侧面展开形成的宽度为3的平行四边 形来表示的，使得观察人员可以清楚直观的看到正四面体变换的全部最终状态。(如图2所 示)。上述方法中，所述的变换路径包括如果到达同一状态有多条路径，则记录这些路 径中步骤最少的那条，从而减少了数据的存储量，节约了存储空间。上述方法的步骤S3中，所述的每一组数据均按从左到右的顺序排列成一个宽度 为3的平行四边形，使得每组数据的排列方式和最终状态的显示方式相同，而且平行四边 形是标准的矩阵格式，从而方便计算机进行匹配。上述方法的步骤S3中，所述的将每一组数据与计算机记录的魔方的最终状态相 匹配是指，每一组二进制数据和魔方的每种颜色都用二进制数表示出来的最终状态相匹 配，使得计算机可以快速找出所匹配的最终状态。上述方法的步骤S3中，所述的得到一组最相似的最终状态包括如果某一组数据 与两个或两个以上的最终状态相似，则取对应的变换路径中步骤最少的那个，从而减少了 数据的存储量，节约了存储空间。上述方法的步骤Sl中，所述的变换包括八种旋转方式旋转上角第一层记为000， 旋转上角第二层记为001，旋转左角第一层记为010，旋转左角第二层记为011，旋转右角第一层记为100，旋转右角第二层记为101，旋转前角第一层记为110，旋转前角第二层记为 111，所述的旋转包括统一顺时针旋转，逆时针旋转等于两次顺时针转，从而方便计算机准 确的记录魔方变换到最终状态的变换路径。(如图3所示)。本发明的工作原理如下
S10，首先，将所有面都已归位的正四面体记为初始状态；然后，计算机利用穷举方式 得到全部变换的最终状态，其中，所述的最终状态采用将正四面体侧面展开成平行四边形 的形状来表示，并且四种颜色中的每种颜色都采用两位二进制数表示，即每个最终状态都 是包含4*9*2=72位二进制数的平行四边形；最后，计算机记录到达每个最终状态的变换路 径，如果有多条路径可以到达某个状态，则本方法记录需要最少步骤的那条变换路径。所述 的最终状态和变换路径都是有限的。，计算机接收N位二进制数据(N越大越好)，以72位为一组，得到N/72组二进制 数据，最后一组不足72位时加零补齐至72位。其中每组二进制数据都按从左到右的顺序 排列成宽度为3行的平行四边形。，将每一组数据与计算机记录的魔方的最终状态相匹配，可以采用逐位比较的方 式来进行，并得到一组最相似的最终状态。如果得到两种或两种以上的的最终状态与之相 似，则取最终状态对应的变换路径中步骤最少的那种最终状态。其中，所述的将每一组数据 与计算机记录的魔方的最终状态相匹配是指，每一组二进制数据和魔方的每种颜色都用二 进制数表示出来的最终状态相匹配。，记录得到的最相似的最终状态所对应的变换到这种最终状态的变换路径数据， 形成原始数据的最终的压缩数据文件。其中，所述的变换路径是由八种旋转方式组成的旋 转上角第一层记为000，旋转上角第二层记为001，旋转左角第一层记为010，旋转左角第二 层记为011，旋转右角第一层记为100，旋转右角第二层记为101，旋转前角第一层记为110， 旋转前角第二层记为111，所述的旋转包括统一顺时针旋转或统一逆时针旋转，逆时针旋转 等于两次顺时针转。实例说明实例-一，假设原始二进制数据串是0101 00 00 00 1001 01 01 1010 110101 00 10 10 1001 10 10 1111 110100 00 00 00 0010 11 11 1111 11
将原始数据与计算机记录的正四面体魔方的最终状态相匹配后，根据得到的最终状态 对应的变化路径，我们发现这是将正四面体魔方的初始状态的上角顺时针旋转了第一层， 然后又顺时针旋转了上角的第二层得到的。因为上角顺时针旋转第一层对应的编码是000， 顺时针旋转上角的第二层对应的编码是001，所以，通过使用模拟魔方状态恢复的空间变换 数据压缩方法，上面的72位二进制数就压缩成了 000 001这六位二进制数。
需要还原时，我们以正四面体魔方的初始状态作为终态，即 01 01 01 01 01 00 10 10 10 10 10 11 01 01 01 00 00 00 10 10 10 11 11 11 01 00 00 00 00 00 10 11 11 11 11 11，
然后以此终态逆推，先做001这个反过程(逆时针旋转上角第二层)，然后再做000这 个反过程(逆时针旋转上角第一层)，最后，则得到压缩数据000 001对应的原始数据010100000010010101101011010100101010011010111111010000000000101111111111。 实例二，假设原始二进制数据串是
010100100010010101101011010100101010011010111111001100000110101111100101
经过与计算机所记录的最终状态相匹配，发现与下面的这组最终状态最匹配，只有五 个二进制位不同，即
010100000010010101101011010100101010011010111111001100000000101111111101
根据得到的最终状态对应的变化路径，我们发现这是将正四面体魔方的初始状态的上 角顺时针旋转第一层，然后又顺时针旋转上角的第二层，然后又顺时针旋转左角第一层两 次得到的。因为上角顺时针旋转第一层对应的编码是000，顺时针旋转上角的第二层对应的 编码是001，顺时针旋转左角第一层对应的编码是010，所以，通过使用模拟魔方状态恢复 的空间变换数据压缩方法，上面的72位二进制数就压缩成了 000 001 010 010这12位二 进制数。 需要还原时，我们还是以正四面体魔方的初始状态作为终态，即
010101010100101010101011010101000000101010111111010000000000101111111111，
然后以此终态逆推，先做010这个反过程(逆时针旋转左角第1层)，然后再做010这 个反过程(逆时针旋转左角第一层)，再做001这个反过程(逆时针旋转上角第二层)，然后 再做000这个反过程(逆时针旋转上角第一层)，最后，则得到压缩数据000 001 010 010 对应的原始数据的近似数据即
010100000010010101101011010100101010011010111111010000000000101111111111。
权利要求
1.一种模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于，包括以下步骤Si，计算机记录正四面体魔方由初始状态变换到的全部的最终状态以及变换到这种最 终状态的变换路径；S2，计算机接收N位二进制原始数据，并以72位为一组，划分得到N/72组数据，最后一 组不足72位时加零补齐至72位；S3，将每一组数据与计算机所记录的魔方的最终状态相匹配并得到一组最相似的最终 状态；S4,记录得到的最相似的最终状态所对应的变换到这种最终状态的变换路径数据，形 成原始数据的最终的压缩数据文件。
2.根据权利要求1所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于 步骤Sl中所述的正四面体有4种颜色，分别用二进制数00、01、10、11表示。
3.根据权利要求1所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于 步骤Sl中所述的最终状态和变换路径是有限的。
4.根据权利要求1所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于 所述的最终状态是由正四面体侧面展开形成的宽度为3的平行四边形来表示的。
5.根据权利要求1或3所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在 于所述的变换路径包括如果到达同一状态有多条路径，则记录这些路径中步骤最少的 那条。
6.根据权利要求4所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于 步骤S3中所述的每一组数据均按从左到右的顺序排列成一个宽度为3的平行四边形。
7.根据权利要求1所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于 步骤S3中所述的将每一组数据与计算机记录的魔方的最终状态相匹配是指，每一组二进 制数据和魔方的每种颜色都用二进制数表示出来的最终状态相匹配。
8.根据权利要求1所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其征在于步 骤S3中所述的得到一组最相似的最终状态包括如果某一组数据与两个或两个以上的最 终状态相似，则取对应的变换路径中步骤最少的那个。
9.根据权利要求1所述的模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，其特征在于， 步骤Sl中所述的变换包括八种旋转方式旋转上角第一层记为000，旋转上角第二层记为 001，旋转左角第一层记为010，旋转左角第二层记为011，旋转右角第一层记为100，旋转右 角第二层记为101，旋转前角第一层记为110，旋转前角第二层记为111。
全文摘要
本发明公开了一种模拟魔方状态恢复的空间变换数据压缩方法，包括S1，计算机记录正四面体魔方由初始状态变换到的全部最终状态以及变换到这种最终状态的变换路径；S2，计算机接收N位二进制原始数据，并以72位为一组,划分得到N/72组数据,最后一组不足72位时加零补至72位；S3，将每一组数据与计算机所记录的魔方的最终状态相匹配并得到一组最相似的最终状态；S4，记录得到的最相似的最终状态对应的变换路径，形成最终的压缩数据文件。本发明通过将频繁交替的0、1序列组与正四面体魔方的最终状态匹配，将对应的变换路径作为最终压缩数据，从而实现了较高的压缩效率，节省了存储空间和传输带宽，提高了硬件资源的利用率。
文档编号H03M7/30GK102006082SQ201010570200
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者汪晋宽, 王兴伟, 韩来权 申请人:汪晋宽, 王兴伟, 韩来权