海量数据判重

1. 问题描述

对于海量数据,要求判断一个数据是否已经存在。这个数据很有可能是字符串,例如 URL。

2. HashSet

最直观的方法是使用 HashSet 存储,那么就能以 O(1) 的时间复杂度判断一个数据是否已经存在。

考虑到数据是海量的,那么就需要使用拆分的方式将数据拆分到多台机器上,分别在每台机器上使用 HashSet 存储。我们需要使得相同的数据拆分到相同的机器上,可以使用哈希取模的拆分方式进行实现。

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3. BitSet

如果海量数据是整数,并且范围不大时,就可以使用 BitSet 存储。通过构建一定大小的比特数组,并且让每个整数都映射到这个比特数组上,就可以很容易地知道某个整数是否已经存在。因为比特数组比整型数组小的多,所以通常情况下单机就能处理海量数据。

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以下是一个 BitSet 的实现,当然在实际开发中可以直接使用语言内置的实现。

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使用 BitSet 还可以很容易地解决一个整数出现次数的问题,例如使用两个比特数组就可以存储 0~3 的信息。其实判重问题也可以简单看成一个数据出现的次数是否为 1,因此一个比特数组就够了。

4. 布隆过滤器

布隆过滤器能够以极小的空间开销解决海量数据判重问题,但是会有一定的误判概率。它主要用在网页黑名单系统、垃圾邮件过滤系统、爬虫的网址判重系统。

布隆过滤器也是使用 BitSet 存储数据,但是它进行了一定的改进,从而解除了 BitSet 要求数据的范围不大的限制。在存储时,它要求数据先经过 k 个哈希函得到 k 个位置,并将 BitSet 中对应位置设置为 1。在查找时,也需要先经过 k 个哈希函数得到 k 个位置,如果所有位置上都为 1,那么表示这个数据存在。

由于哈希函数的特点,两个不同的数通过哈希函数得到的值可能相同。如果两个数通过 k 个哈希函数得到的值都相同,那么使用布隆过滤器会将这两个数判为相同。

可以知道,令 k 和 m 都大一些会使得误判率降低,但是这会带来更高的时间和空间开销。

布隆过滤器会误判,也就是将一个不存在的数判断为已经存在,这会造成一定的问题。例如在垃圾邮件过滤系统中,会将一个邮件误判为垃圾邮件,那么就收不到这个邮件。可以使用白名单的方式进行补救。

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5. Trie

Trie 树又叫又叫字典树、前缀树、单词查找树,它是一颗多叉查找树。与二叉查找树不同,键不是直接保存在节点中,而是由节点在树中的位置决定。

如果海量数据是字符串数据,那么就可以用很小的空间开销构建一颗 Trie 树,空间开销和树高有关。

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Leetcode : Implement Trie (Prefix Tree)

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参考资料

个人博客

https://github.com/CyC2018/CS-Notes

开源在 Github 上的个人博客,总结了技术面试必备的基础知识,在 Github 上关注数排在二十名左右。

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全部评论
配图颜值高啊。
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发布于 2019-02-13 20:32
谢谢,学习到了
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发布于 2019-02-13 21:08
配图颜值高
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发布于 2019-02-13 23:42
膜巨佬
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发布于 2019-02-13 23:46
  前排围观巨佬
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发布于 2019-02-14 10:34
请问bitset的方法为什么要除32,模32,之前学过,后来忘了😂
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发布于 2019-02-14 11:43
优秀的cyc
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发布于 2019-02-15 16:39

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