目录
一、腾讯面试题
给40亿个不重复的无符号整数,没排过序。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。
思考:
思路一:没有学习位图之前,我们一般最快能反应到使用哈希表的办法来解决,但是是有40亿的整形数据,这是一个什么概念?一个整形占4个字节,相当于要占用16G的内存空间,但生活中有多少电脑有这么大的内存空间?就算你是16G内存,难道你打开编译器编写代码不占空间?所以这个想法显然走不通;
思路二: “排序+二分查找” 的办法来解决,时间复杂度上,排序最快也就是O(NlogN),二分查找logN,但是依然面临一个问题——内存存不下,二分查找依然是在内存中查找,但是16G的数据都存不了,还查个…所以很难受,根本查不了;
二、解决办法——位图
我们可以这样规划空间,一个字节是32位,可以把每一位都利用起来,也就是说,一个 bit位表示一个数字,32位用可以来存放32个不同的数字,怎么存?可以通过映射的方式,1表示这意味数字存在,0表示不存在,具体的如下图:
2.1、那么什么是位图?
位图就是用每一位来存放某种状态,适用于 海量数据,无重复整数 的场景,通常用来判断某个数据是否存在;
2.2、有什么好处?
——大大节省了空间
例如上述栗子,10个整数本来需要40个字节,而用位图表示只需要3个字节,那么40亿个整数就只占512M的大小了~
三、位图的模拟实现
3.1、位图的构造
默认初始化为一个字节,当然要也可以手动指定,而且一般需要多给一个字节,具体原因在注释当中;
如下代码:
public class MyBitSet {
public byte[] elem;
//记录当前位图中,存放了多少个有效数据
public int usedSize;
/**
* 默认初始化位为一个字节
*/
public MyBitSet() {
this.elem = new byte[1];
}
/**
* 指定构造方法中的初始化位数
* 一般会多给一个字节,因为如果是12,那么12%8=4,不能整除,还多出来4个bit位
* 所以多给一个也无所谓(不要那么抠)
*/
public MyBitSet(int n) {
this.elem = new byte[n / 8 + 1];
}
}
3.2、存放数据
创建一个set方法用来存放数据,首先要先判断数据是否小于0,若小于0就是不符合要求的,直接抛出异常;
怎么存放数据呢?如下图:
最后还要注意,若数据过大,需要考虑扩容(否则会越界访问);
代码如下:
/**
* 设置某一位为1(1为有效)
* @param val
*/
public void set(int val) {
if(val < 0) {//必须是大于等于零的整数
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
//先确定val在elem的哪一个下标的哪一个bit位
int arrayIndex = val / 8;
//扩容
if(arrayIndex > elem.length - 1) {
elem = Arrays.copyOf(elem, arrayIndex + 1);
}
int bitIndex = val % 8;
elem[arrayIndex] |= (1 << bitIndex);//不能是异或,会修改原来的值
usedSize++;
}
3.3、检测数据是否存在
创建一个get方法,先检验val值是否小于零,小于直接抛异常,然后还是通过除8模8,左移1的方式确定位置,与 存放数据 不同, 这回使用 按位与,若按位与得到的数字为0,则说明原来这一位就是0,数字不存在,返回false,反之则存在,返回true;
如下代码:
/**
* 判断当前位是不是1
* @param val
* @return
*/
public boolean get(int val) {
if(val < 0) {//必须是大于等于零的整数
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
//先确定val在elem的哪一个下标的哪一个bit位
int arrayIndex = val / 8;
int bitIndex = val % 8;
if((elem[arrayIndex] & (1 << bitIndex)) != 0) {
return true;
}
return false;
}
3.4、设置某个数据的对应位为0
创建一个reSet方法,先检验val值是否小于零,小于直接抛异常;怎么设置为某一位为0呢,好像直接按位与、或、异或都不行,实际上我们可以这样做,按原来的方法,除8模8,左移1的方式确定位置,然后给这个数据取反,再 按位与等 这一字节,就可以了,如下图:
代码如下:
/**
* 将对应位置 设置为0
* @param val
*/
public void reSet(int val) {
if(val < 0) {//必须是大于等于零的整数
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
//先确定val在elem的哪一个下标的哪一个bit位
int arrayIndex = val / 8;
int bitIndex = val % 8;
elem[arrayIndex] &= ~(1 << bitIndex);
usedSize--;
}
四、位图模拟代码(完整)
public class MyBitSet {
public byte[] elem;
//记录当前位图中,存放了多少个有效数据
public int usedSize;
/**
* 默认初始化位为一个字节
*/
public MyBitSet() {
this.elem = new byte[1];
}
/**
* 指定构造方法中的初始化位数
* 一般会多给一个字节,因为如果是12,那么12%8=4,不能整除,还多出来4个bit位
* 所以多给一个也无所谓(不要那么抠)
*/
public MyBitSet(int n) {
this.elem = new byte[n / 8 + 1];
}
/**
* 获取当前位图存储的数据量
*/
public int getUsedSize() {
return this.usedSize;
}
/**
* 设置某一位为1(1为有效)
* @param val
*/
public void set(int val) {
if(val < 0) {//必须是大于等于零的整数
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
//先确定val在elem的哪一个下标的哪一个bit位
int arrayIndex = val / 8;
//扩容
if(arrayIndex > elem.length - 1) {
elem = Arrays.copyOf(elem, arrayIndex + 1);
}
int bitIndex = val % 8;
elem[arrayIndex] |= (1 << bitIndex);//不能是异或,会修改原来的值
usedSize++;
}
/**
* 判断当前位是不是1
* @param val
* @return
*/
public boolean get(int val) {
if(val < 0) {//必须是大于等于零的整数
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
//先确定val在elem的哪一个下标的哪一个bit位
int arrayIndex = val / 8;
int bitIndex = val % 8;
if((elem[arrayIndex] & (1 << bitIndex)) != 0) {
return true;
}
return false;
}
/**
* 将对应位置 设置为0
* @param val
*/
public void reSet(int val) {
if(val < 0) {//必须是大于等于零的整数
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
//先确定val在elem的哪一个下标的哪一个bit位
int arrayIndex = val / 8;
int bitIndex = val % 8;
elem[arrayIndex] &= ~(1 << bitIndex);
usedSize--;
}
}
版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。
文章由极客之音整理,本文链接:https://www.bmabk.com/index.php/post/130390.html