bit_map
  uTnkPogszSND 2023年11月02日 37 0


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。


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//定义每个Byte中有8个Bit位
#include <memory.h>
#define BYTESIZE 8
void SetBit( char *p, int posi)
{
     for ( int i=0; i < (posi/BYTESIZE); i++)
     {
         p++;
     }
 
     *p = *p|(0x01<<(posi%BYTESIZE)); //将该Bit位赋值1
     return ;
}
 
void BitMapSortDemo()
{
     //为了简单起见,我们不考虑负数
     int num[] = {3,5,2,10,6,12,8,14,9};
 
     //BufferLen这个值是根据待排序的数据中最大值确定的
     //待排序中的最大值是14,因此只需要2个Bytes(16个Bit)
     //就可以了。
     const int BufferLen = 2;
     char *pBuffer = new char [BufferLen];
 
     //要将所有的Bit位置为0,否则结果不可预知。
     memset(pBuffer,0,BufferLen);
     for ( int i=0;i<9;i++)
     {
         //首先将相应Bit位上置为1
         SetBit(pBuffer,num[i]);
     }
 
     //输出排序结果
     for ( int i=0;i<BufferLen;i++) //每次处理一个字节(Byte)
     {
         for ( int j=0;j<BYTESIZE;j++) //处理该字节中的每个Bit位
         {
             //判断该位上是否是1,进行输出,这里的判断比较笨。
             //首先得到该第j位的掩码(0x01<<j),将内存区中的
             //位和此掩码作与操作。最后判断掩码是否和处理后的
             //结果相同
             if ((*pBuffer&(0x01<<j)) == (0x01<<j))
             {
                 printf( "%d " ,i*BYTESIZE + j);
             }
         }
         pBuffer++;
     }
}
 
int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[])
{
     BitMapSortDemo();
     return 0;
}

【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==1.2MBytes,这样,就用了小小的1.2M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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