URL的压缩算法主要有两个设计目的，第一个就是让URL的长度有所减少，第二个则是能够唯一还原出来原来的URL。基于这两个目的我们一般可以采用哈希函数、数据库映射关系管理以及自定义编码等方式来实现URL的压缩。下面我们就来看看一些常见的URL压缩算法。

基于哈希函数

基于哈希函数实现URL的压缩实现起来比较简单，但是可能会出现哈希冲突。一般的操作步骤就是将一个URL输入到一个哈希函数中生成一个URL的唯一标识符，例如可以通过MD5、SHA-1等，然后将生成的哈希值转换成Base62的编码，这样做的目的就是减少字符串的长度，因为Base62包括大小写和数字一共只有62个字符。接下来就是将哈希值与原始URL的映射关系存储到数据库或者是其他的存储机制中，以便后续的还原。

具体算法实现如下所示。

import hashlib
import base64

def shorten_url(url):
    # 使用SHA-256哈希函数生成URL的哈希值
    hash_object = hashlib.sha256(url.encode())
    hash_hex = hash_object.hexdigest()
    
    # 将哈希值转换为Base62编码
    base62_encoded = base64.urlsafe_b64encode(hash_hex.encode()).decode()[:8]  # 取前8位
    
    return base62_encoded

def expand_url(short_url, url_mapping):
    # 从存储的映射中查找原始URL
    if short_url in url_mapping:
        return url_mapping[short_url]
    else:
        return None

# 示例
url_mapping = {}
original_url = "https://www.example.com/some/very/long/url"
short_url = shorten_url(original_url)
url_mapping[short_url] = original_url

print(f"Original URL: {original_url}")
print(f"Shortened URL: {short_url}")
print(f"Expanded URL: {expand_url(short_url, url_mapping)}")

上面的这种实现方式基本上是按照加密、存储、映射的思路来完成的。当然在实际开发过程中我们还可以通过自定义编码的方式来实现。

基于自定义编码的方式

通过自定义编码的方式我们可以控制压缩之后的URL的长度，并且还可以有效的防止哈希冲突。通过原始的URL来生成一个唯一与之对应的短码，然后将这个短码转换成Base62的编码，然后将短码与URL做映射，这个映射关系的维护就是我们实现的重点。如下所示。

import string

class URLShortener:
    def __init__(self):
        self.url_mapping = {}
        self.id_counter = 0
        self.alphabet = string.ascii_letters + string.digits  # Base62字符集
    
    def _encode(self, id):
        # 将整数ID转换为Base62编码
        base62 = []
        while id > 0:
            id, remainder = divmod(id, 62)
            base62.append(self.alphabet[remainder])
        return ''.join(reversed(base62))
    
    def shorten_url(self, url):
        # 生成短码
        short_code = self._encode(self.id_counter)
        self.url_mapping[short_code] = url
        self.id_counter += 1
        return short_code
    
    def expand_url(self, short_code):
        # 查找原始URL
        return self.url_mapping.get(short_code)

# 示例
shortener = URLShortener()
original_url = "https://www.example.com/some/very/long/url"
short_url = shortener.shorten_url(original_url)

print(f"Original URL: {original_url}")
print(f"Shortened URL: {short_url}")
print(f"Expanded URL: {shortener.expand_url(short_url)}")

以上这种方式优势就是最终形成的URL的短码长度是可控的，然后我们可以自己解决哈希冲突的问题，缺点就是需要自己维护一个映射关系，当然这里提到的映射关系可能与上面的方式提到的映射关系类似，但也是有区别的，可以将这里的映射关系理解为哈希映射关系，只不过这里是自定义的映射关系。

总结

上面的两种方式，看上去非常的类似，但是他们各自却有着各自合适的使用场景。第一种方法更适合简单快速的实现，但需要处理哈希冲突；第二种方法则更精确，但需要维护一个映射表。在实际的操作中，我们可以根据自己的实际使用场景来选择合适的算法来实现。