【ITパスポート練習問題 6.3対応】(5) 情報の圧縮と伸張

【解説】

正解: 2 複数のファイルを一つにまとめることができる

この問題は、ファイル圧縮における代表的な形式である「ZIP形式」の基本的な機能と特性を理解しているかを確認するものです。

正解は「複数のファイルを一つにまとめることができる」です。ZIP形式は、データの容量を小さくする「圧縮機能」と、複数のファイルやフォルダを一つのファイル（アーカイブ）にまとめる「アーカイブ機能」の両方を持っています。これにより、データの管理や送受信が容易になります。

選択肢1の「圧縮後のデータは元に戻せない」は誤りです。ZIP形式は「可逆圧縮」を採用しているため、解凍すれば元のデータを完全に復元できます。選択肢3の「非可逆圧縮を利用する」も誤りで、データの一部を切り捨てる非可逆圧縮とは異なります。

【解説】

正解: 1 音声データのストリーミング

この問題は、ZIP形式の仕組みと、それが適さない利用シーン（リアルタイム処理）についての理解を問うものです。

ZIP形式は、ファイルを圧縮して一つにまとめるため、中身を利用するには一度「解凍（展開）」という処理を完了させる必要があります。そのため、データを受信しながら同時に再生を行う「音声データのストリーミング」のような、リアルタイム性が求められる用途には適していません。

選択肢2の「バックアップ作業」や選択肢3の「ファイルの共有」は、データ容量を減らして一つにまとめるZIP形式のメリットが活きる場面であり、適切です。

【解説】

正解: 2 可逆圧縮

この問題は、圧縮方式の分類（可逆と非可逆）において、ZIP形式がどちらに該当するかを問うものです。

正解は「可逆圧縮」です。ZIP形式で圧縮されたファイルは、解凍することで圧縮前の状態（1ビットも変わらず）に完全に戻すことができます。プログラムや文書ファイルなど、内容が少しでも変わると困るデータの圧縮に使われます。

選択肢1の「非可逆圧縮」は、画像や音声などで人間の感覚に影響しない範囲でデータを間引く方式です。選択肢3の「ランレングス法」は具体的な圧縮アルゴリズムの一つであり、ZIP形式（Deflate法など）とは異なります。

【解説】

正解: 3 圧縮後のデータサイズが大幅に小さくなる

この問題は、「圧縮率」という用語の意味と、それがデータサイズに与える影響を正しく理解しているかを確認するものです。

正解は「圧縮後のデータサイズが大幅に小さくなる」です。圧縮率が高いということは、元のデータに対して削減できた割合が大きい、つまり結果としてのファイルサイズがより小さくなったことを意味します。

選択肢1の「データサイズが圧縮前より大きくなる」は、圧縮処理のオーバーヘッドなどで稀に起こり得ますが、圧縮率が高い状態とは言えません。選択肢2の「元のサイズに近づく」は、圧縮があまり効いていない（圧縮率が低い）状態を指します。

【解説】

正解: 2 処理時間の増加

この問題は、高い圧縮率を追求することのトレードオフ（デメリット）を理解しているかを問うものです。

データをより小さく圧縮しようとすると、複雑な計算や探索処理が必要になります。そのため、圧縮処理および元の状態に戻す解凍処理に「時間がかかる（CPU負荷が高まる）」という問題が発生しやすくなります。

選択肢1の「ストレージ容量の増加」や選択肢3の「ネットワーク帯域の負荷増加」は、データサイズが小さくなることで逆に軽減（改善）される要素ですので、問題点としては不適切です。

【解説】

正解: 1 元データがほぼそのまま残る

この問題は、圧縮率が低い場合にデータがどのような状態になるかを理解しているかを問うものです。

正解は「元データがほぼそのまま残る」です。圧縮率が低いということは、データサイズがあまり削減されていない状態を意味します。すでに圧縮済みのファイルや、ランダムなデータなどを再度圧縮しようとした場合によく見られます。

選択肢2の「データの保存効率が良い」は、サイズが小さくなっていないため誤りです。選択肢3の「圧縮処理に時間がかかる」については、一般的に高圧縮を目指す場合の方が時間はかかります。

【解説】

正解: 2 圧縮後もデータを完全に再現できる

この問題は、「可逆圧縮」の定義とその最大の特徴を理解しているかを確認するものです。

正解は「圧縮後もデータを完全に再現できる」です。可逆圧縮は、データの冗長性をなくすことでサイズを減らす手法であり、情報を捨てていないため、解凍すれば元のデータと完全に一致するものを取り出せます。

選択肢1の「元のデータが失われる」は非可逆圧縮の特徴です。選択肢3の「圧縮率が非常に高い」については、データを捨てない分、非可逆圧縮に比べると圧縮率は低くなる傾向があります。

【解説】

正解: 3 機密文書の保存

この問題は、可逆圧縮の特性を踏まえ、どのようなデータの保存に適しているかを判断できるかを問うものです。

正解は「機密文書の保存」です。テキストデータやプログラムコード、数値データなどは、1文字でも変わってしまうと意味が通じなくなったり、誤った情報になったりします。そのため、完全に元通りに復元できる可逆圧縮が必須となります。

選択肢1の「高画質な動画の配信」や選択肢2の「音声ファイルの圧縮」では、データ量が膨大になるため、人間の目や耳にわからない範囲で情報を間引く「非可逆圧縮」が一般的に利用されます。

【解説】

正解: 2 PNG

この問題は、代表的な画像ファイル形式の中で、どれが可逆圧縮を採用しているかを知っているかを問うものです。

正解は「PNG」です。PNG形式は可逆圧縮を採用しており、画質を劣化させることなくデータを圧縮できます。そのため、ロゴや図面、スクリーンショットなど、くっきりとした線や文字を含む画像の保存に適しています。

選択肢1の「JPEG」や選択肢3の「MP3」は非可逆圧縮形式であり、圧縮率を高くできる代わりに、保存するたびに画質や音質がわずかに劣化したり、元のデータを完全には再現できなかったりします。

【解説】

正解: 3 データの一部を削除して圧縮率を高める

この問題は、「非可逆圧縮」の仕組みとメリット・デメリットを理解しているかを確認するものです。

正解は「データの一部を削除して圧縮率を高める」です。人間には感知しにくい細部の情報（高周波成分など）を間引いて捨てることで、可逆圧縮では実現できない高い圧縮率を達成します。一度捨てたデータは元に戻りません。

選択肢1の「元のデータを完全に再現できる」は可逆圧縮の特徴です。選択肢2の「圧縮率が低い」は誤りで、非可逆圧縮は一般的に高い圧縮率を実現するために用いられます。

【解説】

正解: 1 重要な文書の保存

この問題は、非可逆圧縮を使用してはいけないケースを判断できるかを問うものです。

正解は「重要な文書の保存」です。契約書や論文などのテキストデータを含む画像やPDFを非可逆圧縮してしまうと、文字がぼやけて読めなくなったり、ノイズが乗ってしまったりする恐れがあります。文書データの正確性が損なわれるため不適切です。

選択肢2の「音声ファイルの圧縮」や選択肢3の「画像データの圧縮（写真など）」は、多少の劣化が許容され、かつデータ量が大きくなりがちなため、非可逆圧縮が最も効果的に使われる場面です。

【解説】

正解: 2 JPEG

この問題は、具体的なファイル形式と圧縮方式の対応関係を理解しているかを問うものです。

正解は「JPEG」です。デジカメの写真などで広く使われるJPEG形式は、非可逆圧縮を採用しています。圧縮率を調整することで、画質とファイルサイズのバランスをとることができますが、保存するたびに劣化が進む点に注意が必要です。

選択肢1の「ZIP」はデータ圧縮用の可逆圧縮形式です。選択肢3の「BMP（ビットマップ）」は、通常は圧縮を行わない（無圧縮）画像形式です（一部RLE圧縮などをサポートしますが非可逆ではありません）。

【解説】

正解: 2 連続する同じデータを効率よく圧縮する

この問題は、基本的な圧縮アルゴリズムの一つである「ランレングス法（連長圧縮）」の仕組みを理解しているかを確認するものです。

正解は「連続する同じデータを効率よく圧縮する」です。例えば「AAAAA」というデータを「A5」のように、「データ」と「続く長さ（Length）」のペアに置き換えることでデータ量を減らします。

選択肢1の「連続する同じデータが少ない場合」には、逆にデータサイズが増えてしまう可能性があるため不適切です。選択肢3の「非可逆圧縮に分類される」は誤りで、ランレングス法は元のデータを完全に復元できる可逆圧縮です。

【解説】

正解: 1 繰り返しパターンが多いデータ

この問題は、ランレングス法がどのようなデータに対して有効か、その適用条件を理解しているかを問うものです。

正解は「繰り返しパターンが多いデータ」です。同じ色が長く続くイラスト画像や、白黒のFAXデータなどは、同じ値が連続して出現するため、ランレングス法による圧縮効果が非常に高くなります。

選択肢2の「ランダムに配置されたデータ」や選択肢3の「圧縮率が低いデータ（すでに圧縮済みのデータなど）」では、連続する箇所が少ないため、ランレングス法の効果は期待できません。

【解説】

正解: 3 BMP

この問題は、ランレングス法が実際にどのファイル形式で採用されているかを知っているかを問うものです。

正解は「BMP（ビットマップ）」です。Windowsの標準的な画像形式であるBMPは、通常は無圧縮で保存されますが、オプションとして「RLE（Run Length Encoding）」というランレングス法を用いた圧縮保存をサポートしています。

選択肢1の「JPEG」は非可逆圧縮、選択肢2の「PNG」はDeflate法（LZ77とハフマン法の組み合わせ）を使用しており、単純なランレングス法とは異なる技術です。

【解説】

正解: 2 出現頻度の高いデータに短いビット列を割り当てる

この問題は、統計的圧縮手法の代表例である「ハフマン法（ハフマン符号化）」の原理を理解しているかを確認するものです。

正解は「出現頻度の高いデータに短いビット列を割り当てる」です。よく出てくる文字やデータには短いコード（例：2ビット）を、あまり出てこないデータには長いコード（例：10ビット）を割り当てることで、ファイル全体の平均ビット長を短くし、サイズを削減します。

選択肢1の「出現頻度の低いデータに短いビット列」を割り当てると、逆にサイズが大きくなってしまいます。選択肢3の「常にデータのサイズが小さくなる」とは限らず、出現頻度に偏りがないデータでは効果が薄い場合もあります。

【解説】

正解: 1 データの出現頻度

この問題は、ハフマン木を作成して符号を決定する際に、何が基準となるかを理解しているかを問うものです。

正解は「データの出現頻度（確率）」です。ハフマン法では、まずデータをスキャンして各文字や値がどれくらいの頻度で登場するかをカウントし、その頻度に基づいて「頻度が高いものほど短く」なるように符号を割り振ります。

選択肢2の「データの種類」や選択肢3の「データの圧縮率」は、符号化の結果として関わってくる要素ですが、アルゴリズムの基準となる入力要素は出現頻度です。

【解説】

正解: 3 GIF

この問題は、ハフマン法やそれに関連する辞書圧縮などのアルゴリズムが、どのファイル形式で使われているかを問うものです。

正解は「GIF」とされています。GIF形式では「LZW」という圧縮アルゴリズムが採用されています。これはデータの出現パターンを辞書に登録して符号化する手法であり、ハフマン法と同様にデータの統計的な性質を利用してサイズを削減する可逆圧縮の一種です。

なお、選択肢1のZIPや選択肢2のPNGで採用されている「Deflate」アルゴリズムは、LZ77とハフマン符号化を組み合わせたものであり、これらもハフマン法を利用する代表的な形式です。本問では選択肢間の比較としてGIFが正解となっていますが、ZIPやPNGもハフマン法と深い関わりがあります。