• 算法_bitmap算法


    概述

    所谓bitmap就是用一个bit位来标记某个元素对应的value,而key即是这个元素。由于采用bit为单位来存储数据,因此在可以大大的节省存储空间
     
     

    算法思想

    32位机器上,一个整形,比如int a;在内存中占32bit,可以用对应的32个bit位来表示十进制的0-31个数,bitmap算法利用这种思想处理大量数据的排序与查询
     
    优点:
    • 效率高,不许进行比较和移位
    • 占用内存少,比如N=10000000;只需占用内存为N/8 = 1250000Bytes = 1.2M,如果采用int数组存储,则需要38M多
     
    缺点:
    • 无法对存在重复的数据进行排序和查找
     
    示例:
     
    申请一个int型的内存空间,则有4Byte,32bit。输入 4, 2,  1,  3时:
     
    输入4:
     
     
     
    输入2:
     
     
     
    输入1:
     
     
     
    输入3:
     
     
     
     
    思想比较简单,关键是十进制和二进制bit位需要一个map映射表,把10进制映射到bit位上
     

    map映射表

    假设需要排序或者查找的总数N=10000000,那么我们需要申请的内存空间为 int a[N/32 + 1].其中a[0]在内存中占32位,依此类推:
     
    bitmap表为:
     
    a[0] ------> 0 - 31
     
    a[1] ------> 32 - 63
     
    a[2] ------> 64 - 95
     
    a[3] ------> 96 - 127
     
    ......
     
    下面介绍用位移将十进制数转换为对应的bit位
     
     

    位移转换

    (1) 求十进制数0-N对应的在数组a中的下标
     
    index_loc = N / 32即可,index_loc即为n对应的数组下标。例如n = 76, 则loc = 76 / 32 = 2,因此76在a[2]中。
     
    (2)求十进制数0-N对应的bit位
     
    bit_loc = N % 32即可,例如 n = 76, bit_loc = 76 % 32 = 12
     
    (3)利用移位0-31使得对应的32bit位为1
     
     

    代码示例(c语言)

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    #define SHIFT 5
    #define MASK 0x1F
    
    /**
     * 设置所在的bit位为1
     *
     * T = O(1)
     *
     */
    void set(int n, int *arr)
    {
    	int index_loc, bit_loc;
    
    	index_loc = n >> SHIFT; // 等价于n / 32
    	bit_loc = n & MASK;	// 等价于n % 32
    
    	arr[index_loc] |= 1 << bit_loc;
    }
    
    /**
     * 初始化arr[index_loc]所有bit位为0
     *
     * T = O(1)
     *
     */
    void clr(int n, int *arr)
    {
    	int index_loc;
    
    	index_loc = n >> SHIFT;
    
    	arr[index_loc] &= 0;
    }
    
    /**
     * 测试n所在的bit位是否为1
     *
     * T = O(1)
     *
     */
    int test(int n, int *arr)
    {
    	int i, flag;
    
    	i = 1 << (n & MASK);
    
    	flag = arr[n >> SHIFT] & i;
    
    	return flag;
    }
    
    int main(void)
    {
    	int i, num, space, *arr;
    
    	while (scanf("%d", &num) != EOF) {
    		// 确定大小&&动态申请数组
    		space = num / 32 + 1;
    		arr = (int *)malloc(sizeof(int) * space);
    
    		// 初始化bit位为0
    		for (i = 0; i <= num; i ++)
    			clr(i, arr);
    
    		// 设置num的比特位为1
    		set(num, arr);
    		
    		// 测试
    		if (test(num, arr)) {
    			printf("成功!
    ");
    		} else {
    			printf("失败!
    ");
    		}
    	}
    
    	return 0;
    }

    参考链接

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