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BitMap算法——Golang 实现

本文主要是介绍BitMap算法——Golang 实现,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

一、原理

BitMap从字面的意思,很多人认为是位图,其实准确的来说,翻译成基于位的映射。

在所有具有性能优化的数据结构中,大家使用最多的就是hash表,是的,在具有定位查找上具有O(1)的常量时间,多么的简洁优美。但是数据量大了,内存就不够了。

当然也可以使用类似外排序来解决问题的,由于要走IO所以时间上又不行。

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。

bitmap应用

       1)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。
       2)去重数据而达到压缩数据

还可以用于爬虫系统中url去重、解决全组合问题。

BitMap应用:排序示例

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)|(0×01<<(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。不过计算机一般是小端存储的,如intel。小端的话就是将倒数第5位置1),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。

BitMap算法流程
假设需要排序或者查找的最大数MAX=10000000(lz:这里MAX应该是最大的数即bitmap的大小,而不是int数据的总数!),那么我们需要申请内存空间的大小为int a[1 + MAX/32]。

其中:a[0]在内存中占32为可以对应十进制数0-31,依次类推:
bitmap表为:
a[0]--------->0-31
a[1]--------->32-63
a[2]--------->64-95
a[3]--------->96-127
..........


我们要把一个整数N映射到Bit-Map中去,首先要确定把这个N Mapping到哪一个数组元素中去,即确定映射元素的index。我们用int类型的数组作为map的元素,这样我们就知道了一个元素能够表示的数字个数(这里是32)。于是N/32就可以知道我们需要映射的key了。所以余下来的那个N%32就是要映射到的位数。

注:上述bitmap是int类型,int为8字节即32位,所以int a[1 + MAX/32]。

二、代码实现
 

package main

import (
	"fmt"
)

type BitMap []byte

const byteSize = 8 //定义的bitmap为byte的数组,byte为8bit

func NewBitMap(n uint) BitMap {
	return make([]byte, n/byteSize+1)
}
func (bt BitMap) set(n uint) {
	if n/byteSize > uint(len(bt)) {
		fmt.Println("大小超出bitmap范围")
		return
	}
	byteIndex := n / byteSize   //第x个字节(0,1,2...)
	offsetIndex := n % byteSize //偏移量(0<偏移量<byteSize)
	//bt[byteIndex] = bt[byteIndex] | 1<<offsetIndex //异或1(置位)
	//第x个字节偏移量为offsetIndex的位 置位1
	bt[byteIndex] |= 1 << offsetIndex //异或1(置位)
}
func (bt BitMap) del(n uint) {
	if n/byteSize > uint(len(bt)) {
		fmt.Println("大小超出bitmap范围")
		return
	}
	byteIndex := n / byteSize
	offsetIndex := n % byteSize
	bt[byteIndex] &= 0 << offsetIndex //清零
}
func (bt BitMap) isExist(n uint) bool {
	if n/byteSize > uint(len(bt)) {
		fmt.Println("大小超出bitmap范围")
		return false
	}
	byteIndex := n / byteSize
	offsetIndex := n % byteSize
	//fmt.Println(bt[byteIndex] & (1 << offsetIndex))
	return bt[byteIndex]&(1<<offsetIndex) != 0 //TODO:注意:条件是 !=0,有可能是:16,32等
}
func main() {
	//a1 := byte('a')
	//fmt.Println(a1)
	bitMap := NewBitMap(20)
	bitMap.set(20)
	bitMap.set(1)
	bitMap.set(2)
	bitMap.set(3)
	bitMap.set(4)
	bitMap.set(5)
	fmt.Println("20:", bitMap.isExist(20))
	fmt.Println("5:", bitMap.isExist(5))
	bitMap.del(20)
	fmt.Println("20:", bitMap.isExist(20))
	fmt.Println("5:", bitMap.isExist(5))
	fmt.Println("1:", bitMap.isExist(1))
	fmt.Println("3:", bitMap.isExist(3))
	fmt.Println("6:", bitMap.isExist(6))
}

运行效果:

 

这篇关于BitMap算法——Golang 实现的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对大家有所帮助,也希望大家多多支持为之网!