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COMPRESSÃO DE NÚMEROS NATURAIS, SEQUÊNCIA DE BITS E GRAFOS

By BRUNO TENORIO AVILA

Abstract

Esta tese aborda os problemas de compressão para os seguintes tipos de dados: sequência de bits e grafos web. Para o problema de compressão de sequência de bits, demonstramos a relação entre algoritmos de intercalação e codificadores de fonte binária. Em seguida, mostramos que os algoritmos de intercalação binária (Hwang e Lin, 1972), recursivo (Dudzinski, 1981) e probabilístico (Vega, 1993), geram respectivamente os codificadores de entropia baseado em comprimentos de carreiras codificados com o código de Rice, o codificador de intercalação binária (Moffat, 2000) e o codificador de Rice aleatório, na qual é um novo variante do código de Rice. Para o problema de compressão de grafos web, propomos uma nova representa ção compacta para grafos web, intitulada árvore-w, construída especificamente para memória externa (disco), sendo a primeira nesse gênero. Propomos também um novo tipo de layout projetado especificamente para grafos web, intitulado layout escalado. Além disso, mostramos como construir um layout cache-oblivious para explorar a hierarquia de memórias, sendo a primeira desse tipo. Apresentamos vários tipos de consultas que podem ser executadas e é a primeira representação a suportar execução de consulta de leitura aleatória em lote e a otimização de consultas avançadas, inclusive em memória principal. Por fim, executamos uma série de experimentos que mostra que a árvore-w apresenta taxas de compressão e de tempo de execução competitivas com outras representações compactas em memória principal. Assim, demonstramos empiricamente a viabilidade de uma representação compacta para memória externa na prática, contrariando a afirmação de vários pesquisadores (Suel, 2001) (Buehrer, 2008).This thesis addresses the problems of compression for the following data types: numbers, sequence of bits and webgraphs. For the problem of compression of a sequence of bits, we demonstrate the relationship between merge algorithms and binary source coders. Then, we show that the algorithms binary merge (Hwang and Lin, 1972), recursive merge (Dudzinski, 1981) and probabilistic merge (Vega, 1993), generate respectively an entropy coder based runlengths encoded with the Rice code, the interpolative binary coder (Moffat, 2000) and the random Rice coder, which is a new variant of the Rice code. For the problem of webgraph compression, we propose a new compact representation for webgraphs, entitled w-tree, built specifically for external memory (disk), being the first one in this genre. We also propose a new type of layout designed specifically for webgraphs, entitled scaled layout. In addition, we show how to build a cache-oblivious layout to explore the hierarchy of memories, being the first of its kind. We offer several types of queries that can be performed and it is the first representation to support batched random read query execution and advanced query optimization, including in main memory. Finally, we performed a series of experiments showing that the w-tree provides compression rates and running times competitive with other compact representations for main memory. Therefore, we demonstrate empirically the feasibility of a compact representation for external memory in practice, contrary to the assertion of several researchers (Suel, 2001) (Buehrer, 2008)

Topics: COMPRESSAO DE DADOS, DATA COMPRESSION, GRAFOS, GRAPHS, SEQUENCIA DE BITS, SEQUENCE OF BITS, TEORIA DA COMPUTAÇÃO
Publisher: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
Year: 2011
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.BDTD_PUC_RIO:oai:MAXWELL.puc-rio.br:19597
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