海量数据处理专题(四)——Bit-map

【什么是Bit-map】

所谓的Bit-map就是用一个bit位来标记某个元素对应的Value, 而Key即是该元素。由于采用了Bit为单位来存储数据,因此在存储空间方面,可以大大节省。

如果说了这么多还没明白什么是Bit-map,那么我们来看一个具体的例子,假设我们要对0-7内的5个元素(4,7,2,5,3)排序(这里假设这些元素没有重复)。那么我们就可以采用Bit-map的方法来达到排序的目的。要表示8个数,我们就只需要8个Bit(1Bytes),首先我们开辟1Byte的空间,将这些空间的所有Bit位都置为0(如下图:)

然后遍历这5个元素,首先第一个元素是4,那么就把4对应的位置为1(可以这样操作 p+(i/8)|(0x01<<(i%8)) 当然了这里的操作涉及到Big-ending和Little-ending的情况,这里默认为Big-ending),因为是从零开始的,所以要把第五位置为一(如下图):

然后再处理第二个元素7,将第八位置为1,,接着再处理第三个元素,一直到最后处理完所有的元素,将相应的位置为1,这时候的内存的Bit位的状态如下:

然后我们现在遍历一遍Bit区域,将该位是一的位的编号输出(2,3,4,5,7),这样就达到了排序的目的。下面的代码给出了一个BitMap的用法:排序。

【适用范围】

可进行数据的快速查找,判重,删除,一般来说数据范围是int的10倍以下

【基本原理及要点】

使用bit数组来表示某些元素是否存在,比如8位电话号码

【扩展】

Bloom filter可以看做是对bit-map的扩展

【问题实例】

1)已知某个文件内包含一些电话号码,每个号码为8位数字,统计不同号码的个数。

8位最多99 999 999,大概需要99m个bit,大概10几m字节的内存即可。 (可以理解为从0-99 999 999的数字,每个数字对应一个Bit位,所以只需要99M个Bit==12.4MBytes,这样,就用了小小的12.4M左右的内存表示了所有的8位数的电话)

2)2.5亿个整数中找出不重复的整数的个数,内存空间不足以容纳这2.5亿个整数。

将bit-map扩展一下,用2bit表示一个数即可,0表示未出现,1表示出现一次,2表示出现2次及以上,在遍历这些数的时候,如果对应位置的值是0,则将其置为1;如果是1,将其置为2;如果是2,则保持不变。或者我们不用2bit来进行表示,我们用两个bit-map即可模拟实现这个2bit-map,都是一样的道理。

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海量数据处理专题(四)——Bit-map》上有14条评论

  1. 能具体举个例子吗?我正好研究这个,但是还是对二进制赋值有些不懂

  2. 例子已经加上了,就是用Bitmap实现排序功能。草草的写了,仅在VS2008+Win7下测试通过,如果有错误或Bug请指正。

  3. 我以前都用bitset实现bitmap,现在发现太慢了,还是自己的代码快:)

  4. 对于“问题实例”1),用什么函数将一个8位手机号映射到具体的bit位置呢?

    • 因为是8位数,因此1.2M的空间即可完全存放,根据电话号码数,将对应的bit位置1即可(表示该号码存在),例如电话号码为00000123,那么将第123个bit位置一即可。
      当然了这样是不能完全统计每个电话号码的出现次数。要采用Counting-Bitmap的数据结构。即每个元素不是用一个bit来表示,而是用多个bit位表示一个元素,具体需要多少个,根据实际情况确定,但有一原则是,这个数必须是8的因子。

  5. 讲解很清晰。
    不过实例1中有个无伤大雅的小笔误,“99M个Bit==1.2MBytes”,应该是12M,而不失1.2M。 ^-^

    • 非常感谢您的细心,强烈鄙视我的粗心。已修正
      希望继续关注^_^

  6. 博主写得很赞啊!不过我有两个小问题
    1、2.5亿个整数中找出不重复的整数的个数,这2.5亿个整数的范围好像没确定吧…怎么用bitmap呢?大概算了一下,如果映射全部32位整型的话貌似要4G
    2、判断第j位是不是1貌似(*pBuffer&(0x01<<j)) > 0 就可以了

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