海量数据处理方法与分析(1/3)

1.bloom filter

适用范围:可以用来实现数据字典,进行数据的判重,或者集合求交集

基本原理及要点: 对于原理来说很简单,位数组+k个独立hash函数。将hash函数对应的值的位数组置1,查找时如果发现所有hash函数对应位都是1说明存在,很明显这个过程并不保证查找的结果是100%正确的。同时也不支持删除一个已经插入的关键字,因为该关键字对应的位会牵动到其他的关键字。所以一个简单的改进就是 counting bloom filter,用一个counter数组代替位数组,就可以支持删除了。

还有一个比较重要的问题,如何根据输入元素个数n,确定位数组m的大小及hash函数个数。当hash函数个数k=(ln2)*(m/n)时错误率最小。在错误率不大于e的情况下,m 至少要等于n*lg(1/e)才能表示任意n个元素的集合。但m还应该更大些,因为还要保证bit数组里至少一半为0,则m应该>=nlg(1 /e)*lge 大概就是nlg(1/e)1.44倍(lg表示以2为底的对数)。

举个例子我们假设错误率为0.01,则此时m应大概 是n的13倍。这样k大概是8个。

注意这里m与n的单位不同,m是bit为单位,而n则是以元素个数为单位(准确的说是不同元素的个数)。通常单个元素的长度都是有很多bit的。所以使用bloom filter内存上通常都是节省的。

扩展: bloom filter将集合中的元素映射到位数组中,用k(k为哈希函数个数)个映射位是否全1表示元素在不在这个集合中。counting bloom filter(cbf)将位数组中的每一位扩展为一个counter,从而支持了元素的删除操作。spectral bloom filter(sbf)将其与集合元素的出现次数关联。sbf采用counter中的最小值来近似表示元素的出现频率。

问题实例:给你 a,b两个文件,各存放50亿条url,每条url占用64字节,内存限制是4g,让你找出a,b文件共同的url。如果是三个乃至n个文件呢?

根据这个问题我们来计算下内存的占用,4g=2^32大概是40亿*8大概是340亿,n=50亿,如果按出错率0.01算需要的大概是650亿个bit。现在可用的是340亿,相差并不多,这样可能会使出错率上升些。另外如果这些urlip是一一对应的,就可以转换成ip,则大大简单了。

2.hashing

适用范围:快速查找,删除的基本数据结构,通常需要总数据量可以放入内存

基本原理及要点: hash函数选 择,针对字符串,整数,排列,具体相应的hash方法。 碰撞处理,一种是open hashing,也称为拉链法;另一种就是closed hashing,也称开地址法,opened addressing。

扩展: d-left hashing中的d是多个的意思,我们先简化这个问题,看一看2-left hashing。2-left hashing指的是将一个哈希表分成长度相等的两半,分别叫做t1和t2,给t1和t2分别配备一个哈希函数,h1和h2。在存储一个新的key时,同时用两个哈希函数进行计算,得出两个地址h1[key]和h2[key]。这时需要检查t1中的h1[key]位置和t2中的h2[key]位置,哪一个位置已经存储的(有碰撞的)key比较多,然后将新key存储在负载少的位置。如果两边一样多,比如两个位置都为空或者都存储了一个key,就把新key 存储在左边的t1子表中,2-left也由此而来。在查找一个key时,必须进行两次hash,同时查找两个位置。

只要你扬帆,便会有八面来风。启程了,人的生命才真正开始。

海量数据处理方法与分析(1/3)

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