大数据量，海量数据处理方法总结资源-CSDN文库

需积分: 15 45 浏览量 2011-12-22 10:04:00 上传评论收藏 36KB DOC 举报

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大数据量的问题是很多面试笔试中经常出现的问题，比如 baidu google 腾讯这样的一些涉

及到海量数据的公司经常会问到。

下面的方法是我对海量数据的处理方法进行了一个一般性的总结，当然这些方法可能并不

能完全覆盖所有的问题，但是这样的一些方法也基本可以处理绝大多数遇到的问题。下面

的一些问题基本直接来源于公司的面试笔试题目，方法不一定最优，如果你有更好的处理

方法，欢迎与我讨论。

1.Bloom filter

适用范围：可以用来实现数据字典，进行数据的判重，或者集合求交集

基本原理及要点：

对于原理来说很简单，位数组+k 个独立 hash 函数。将 hash 函数对应的值的位数组置 1，查

找时如果发现所有 hash 函数对应位都是 1 说明存在，很明显这个过程并不保证查找的结果

是 100%正确的。同时也不支持删除一个已经插入的关键字，因为该关键字对应的位会牵动

到其他的关键字。所以一个简单的改进就是 counting Bloom filter，用一个 counter 数组代替

位数组，就可以支持删除了。

还有一个比较重要的问题，如何根据输入元素个数 n，确定位数组 m 的大小及 hash 函数个

数。当 hash 函数个数 k=(ln2)*(m/n)时错误率最小。在错误率不大于 E 的情况下，m 至少要

等于 n*lg(1/E)才能表示任意 n 个元素的集合。但 m 还应该更大些，因为还要保证 bit 数组

里至少一半为 0，则 m 应该>=nlg(1/E)*lge 大概就是 nlg(1/E)1.44 倍(lg 表示以 2 为底的对数)。

举个例子我们假设错误率为 0.01，则此时 m 应大概是 n 的 13 倍。这样 k 大概是 8 个。

注意这里 m 与 n 的单位不同，m 是 bit 为单位，而 n 则是以元素个数为单位(准确的说是不

同元素的个数)。通常单个元素的长度都是有很多 bit 的。所以使用 bloom filter 内存上通常

都是节省的。

扩展：

Bloom filter 将集合中的元素映射到位数组中，用 k（k 为哈希函数个数）个映射位是否全 1

表示元素在不在这个集合中。Counting bloom filter（CBF）将位数组中的每一位扩展为一

个 counter，从而支持了元素的删除操作。Spectral Bloom Filter（SBF）将其与集合元素的

出现次数关联。SBF 采用 counter 中的最小值来近似表示元素的出现频率。

问题实例：给你 A,B 两个文件，各存放 50 亿条 URL，每条 URL 占用 64 字节，内存限制是

4G，让你找出 A,B 文件共同的 URL。如果是三个乃至 n 个文件呢？

根据这个问题我们来计算下内存的占用，4G=2^32 大概是 40 亿*8 大概是 340 亿，n=50 亿，

如果按出错率 0.01 算需要的大概是 650 亿个 bit。现在可用的是 340 亿，相差并不多，这样

可能会使出错率上升些。另外如果这些 urlip 是一一对应的，就可以转换成 ip，则大大简单

了。

2.Hashing

适用范围：快速查找，删除的基本数据结构，通常需要总数据量可以放入内存

基本原理及要点：

hash 函数选择，针对字符串，整数，排列，具体相应的 hash 方法。

碰撞处理，一种是 open hashing，也称为拉链法；另一种就是 closed hashing，也称开地址

法，opened addressing。

扩展：

d-left hashing 中的 d 是多个的意思，我们先简化这个问题，看一看 2-left hashing。2-left

hashing 指的是将一个哈希表分成长度相等的两半，分别叫做 T1 和 T2，给 T1 和 T2 分别配

备一个哈希函数，h1 和 h2。在存储一个新的 key 时，同时用两个哈希函数进行计算，得出

两个地址 h1[key]和 h2[key]。这时需要检查 T1 中的 h1[key]位置和 T2 中的 h2[key]位置，哪

一个位置已经存储的（有碰撞的）key 比较多，然后将新 key 存储在负载少的位置。如果两

边一样多，比如两个位置都为空或者都存储了一个 key，就把新 key 存储在左边的 T1 子表

中，2-left 也由此而来。在查找一个 key 时，必须进行两次 hash，同时查找两个位置。

问题实例：

1).海量日志数据，提取出某日访问百度次数最多的那个 IP。

IP 的数目还是有限的，最多 2^32 个，所以可以考虑使用 hash 将 ip 直接存入内存，然后进

行统计。

3.bit-map

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。

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。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。

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jianpeng88

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