位图

文章目录

位图
- - set
  - Reset
  - Test
  - 整体代码
  - 位图应用

给定40亿个不重复、没排序的无符号整数，再给一个无符号整数，如何快速判断一个数是否在这40亿个数中？？？

首先想到的是归并排序+二分查找。排序可以排，但是通过文件指针去查找会很慢。

其次是set和哈希表。set自动可以排序且在红黑树中查找速度也很快。但要把40亿个整数加上红黑树的节点（三叉链外加颜色）放进内存里，内存明显不够，不可取；哈希表同样是把40亿个整数外加节点放进内存里，内存明显不够，也不可取。

那么既然要把40亿个整形放进内存里，判断在或者不在，用1标记在用0标记不在。1个比特位就能满足标记1或0。用直接定址法。1个char类型-1个字节-8个比特位。无符号整数有42亿9千万个，全部用比特位来代表的话就只需要512M。这种方法可行。用char类型来开辟空间，那么第一个char就能存储0_{7，第二个char就能存储8}15，第三个。。。。。。

set

把要set的值通过/8找到对应的char（小位图），再通过%8找到对应的位置，把该位置标记成1即为该值存在于这堆数中

		void Set(size_t x)//把x值对应的标记为置为1
		{
			//计算x位于哪一个char上
		//	size_t i = x / 8;
			size_t i=x >> 3;//相当于x/8
			//计算x位于哪个bit上
			size_t j = x % 8;
			_bit[i] |= (1 << j);
		}

位图set

Reset

把要Reset的值通过/8找到对应的char（小位图），再通过%8找到对应的位置，把该位置标记成0即把该值从这堆数中抹去

void ReSet(size_t x)//把x值对应的标记置为0
		{
			//计算x位于哪一个char上
			//size_t i = x / 8;
			size_t i = x >> 3;//相当于x/8
			//计算x位于哪个bit上
			size_t j = x % 8;
			_bit[i] &= (~(1 << j));
		}

位图reset

Test

把要Reset的值通过/8找到对应的char（小位图），再通过%8找到对应的位置。先按位取反原来的位图，再把原来的位图与取反的位图按位与，若存在1则为非0，为真返回true；若不存在则没有1全0，为假，返回false；

		bool Test(size_t x)//判断x是否在这堆数里面
		{
			//计算x位于哪一个char上
			//size_t i = x / 8;
			size_t i = x >> 3;//相当于x/8
			//计算x位于哪个bit上
			size_t j = x % 8;
			return _bit[i] & (1 << j);
		}

位图test1

位图test2

整体代码

	template<size_t N>//用非类型模板参数---N为要往位图里存储多少个数
	class  BitSet
	{public:
		BitSet()
		{
            //_bit.resize(N >> 3) + 1);
			_bit.resize(N / 8 + 1);//多开一个
		}

		void Set(size_t x)//把x值对应的标记为置为1
		{
			//计算x位于哪一个char上
		//	size_t i = x / 8;
			size_t i=x >> 3;//相当于x/8
			//计算x位于哪个bit上
			size_t j = x % 8;
			_bit[i] |= (1 << j);
		}

		void ReSet(size_t x)//把x值对应的标记置为0
		{
			//计算x位于哪一个char上
			//size_t i = x / 8;
			size_t i = x >> 3;//相当于x/8
			//计算x位于哪个bit上
			size_t j = x % 8;
			_bit[i] &= (~(1 << j));
		}

		bool Test(size_t x)//判断x是否在这堆数里面
		{
			//计算x位于哪一个char上
			//size_t i = x / 8;
			size_t i = x >> 3;//相当于x/8
			//计算x位于哪个bit上
			size_t j = x % 8;
			return _bit[i] & (1 << j);
		}

		vector<char> _bit;
	};

当开最大的整形数时，内存也只占512M左右

库里面也有

bitset

位图应用

快速查找某个数据是否在一个集合中
排序+去重
求两个集合的交集、并集等
操作系统中磁盘块标记

给两个文件，分别有100亿个整数，我只有1G内存，如何找到两个文件的交集？？？

把文件1的数据放进位图1，把文件2的数据放进位图2，然后逐个遍历位图1的数据同时遍历位图2。当两个位图的数据的标记位都是1时，说明该数据即存在文件1也存在文件2，这个数据就是两个文件的交集。逐个遍历两个位图，找出相同的数据即可。

//测试
void testBitset()
	{
		BitSet<100> bs1;
		BitSet<100> bs2;
		int path1[] = { 1,2,3,4,5 };
		int path2[] = { 1,3,5 };

		for (auto e : path1)
		{
			bs1.Set(e);
		}

		for (auto e : path2)
		{
			bs2.Set(e);
		}

		for (size_t i = 0; i < 100; i++)
		{
			if (bs1.Test(i) && bs2.Test(i))//11
			{
				cout << i << endl;
			}
		}
		}

一个文件有100亿个int，1G内存，设计算法找出次数不超过2次的所有整数

用两个位图来记录出现的数据次数。出现0次就是00，出现1次就是01，出现2次就是10，出现3次或以上就是11。记录两个位图标记位为01，10的数据。

浅搓了个代码

template<size_t N>
	class twoBitset
	{
	public:
		void Set(size_t x)
		{

			if (!bs1.Test(x) && !bs2.Test(x))//两个位图都是0---数据出现0次
			{//00->01
				bs2.Set(x);
			}
			else if (!bs1.Test(x) && bs2.Test(x))//第一个位图是1，第二个位图是0---数据出现1次
			{//01->10
				bs1.Set(x);
				bs2.ReSet(x);
			}
			else //两个位图都是1---数据出现2次
			{//10->11
				
				bs2.Set(x);
			}
			//else//出现3次及以上
			//{
			//	break;
			//}
		}

		void  Printones()
		{
			for (size_t i = 0; i < N; i++)
			{
				if (!bs1.Test(i) && bs2.Test(i))//01
				{
					cout << i << endl;
				}
				else if (bs1.Test(i) && !bs2.Test(i))//10
				{
					cout  << i << endl;
				}
				


			}

		}
	private:
		BitSet<N> bs1;
		BitSet<N> bs2;

	};

给一个超过100G的log file，log中存着IP地址，设计算法找到出现次数最多的IP地址

先通过哈希函数哈希切分这个100G的文件，然后冲突的IP地址放进同一个小文件里；接着用map依次统计每个文件的相同IP的次数，统计完一个clear掉map统计下一个。

此时小文件有两种情况，一是小文件里大部分冲突的IP都是重复的，此时直接用map可以统计次数。二是小文件里大部分冲突的IP都是不重复的，此时用map统计不下，使用mp的insert时会插入失败，即没内存去new节点了，new失败会抛异常，这时需要换个哈希函数，对这个小文件再次通过哈希切分，分成更细小的文件。