可変長数値表現（Variable Length Number Representation）とは、数値を表現するために必要なビット数が固定されていない表現方法のことです。
この方法では、数値の大きさに応じて使用するビット数が変わるため、より効率的なデータ圧縮が可能となります。
可変長数値表現の基本概念
可変長数値表現には以下の基本概念があります。
エンコーディング
数値をエンコードする際、値に応じて異なるビット数を使用します。
これにより、小さな数値は少ないビットで、大きな数値は多くのビットで表現されます。
デコード
エンコードされた可変長数値を元の数値に戻すためのプロセスです。
デコードの際には、ビットパターンを解析して数値を復元します。
続きビット
可変長数値表現では、数値が続くかどうかを示すために続きビット（Continuation Bit）が使用されることがあります。
例えば、最上位ビットを続きビットとして使用し、続きビットが1なら次のバイトも数値の一部とみなします。
可変長数値表現の利点
可変長数値表現を使用することには以下の利点があります。
データ圧縮の効率化
数値の大きさに応じてビット数を変えるため、特に小さな数値の圧縮効率が高くなります。
これにより、全体的なデータサイズを削減できます。
柔軟性
可変長数値表現は、さまざまな範囲の数値を効率的に表現できるため、幅広い用途に適しています。
可変長数値表現の課題
可変長数値表現の使用にはいくつかの課題もあります。
デコードの複雑性
可変長数値のデコードは、固定長数値に比べて複雑であり、追加の処理が必要です。
特に、続きビットの解析が必要な場合、デコード処理が複雑になります。
オーバーヘッド
数値が大きくなると、必要なビット数も増加し、結果としてエンコードされたデータのサイズが大きくなることがあります。
可変長数値表現の使用例
可変長数値表現は、以下のような場面で使用されます。
プロトコルバッファ（Protocol Buffers）
Googleが開発したデータシリアライズフォーマットで、可変長整数（varint）を使用して数値を圧縮します。
UTF-8エンコーディング
UTF-8は、Unicode文字を可変長エンコーディングで表現します。
ASCII文字は1バイト、その他の文字は最大4バイトで表現されます。
圧縮アルゴリズム
LZ77やLZ78などの圧縮アルゴリズムは、可変長数値表現を使用してデータを圧縮します。
結論
可変長数値表現は、数値を表現するためのビット数が固定されていない表現方法であり、データの効率的な圧縮を可能にします。
データ圧縮の効率化や柔軟性といった利点がありますが、デコードの複雑性やオーバーヘッドといった課題も存在します。
可変長数値表現を適切に利用することで、データの圧縮効率を向上させることが可能です。
