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  • 海量数据处理问题

    何谓海量数据处理?
    所谓海量数据处理,无非就是基于海量数据上的存储、处理、操作。何谓海量,就是数据量太大,所以导致要么是无法在较短时间内迅速解决,要么是数据太大,导致无法一次性装入内存。

    那解决办法呢?针对时间,我们可以采用巧妙的算法搭配合适的数据结构,如Bloom filter/Hash/bit-map/堆/数据库或倒排索引/trie树,针对空间,无非就一个办法:大而化小,分而治之(hash映射),你不是说规模太大嘛,那简单啊,就把规模大化为规模小的,各个击破不就完了嘛。

    5、 给定a、b两个文件,各存放50亿个url,每个url各占64字节,内存限制是4G,让你找出a、b文件共同的url?
    方案1:可以估计每个文件安的大小为5G×64=320G,远远大于内存限制的4G。所以不可能将其完全加载到内存中处理。考虑采取分而治之的方法。

    遍历文件a,对每个url求取hash(url)%1000,然后根据所取得的值将url分别存储到1000个小文件(记为a0,a1,...,a999)中。这样每个小文件的大约为300M。

    遍历文件b,采取和a相同的方式将url分别存储到1000小文件(记为b0,b1,...,b999)。这样处理后,所有可能相同的url都在对应的小文件(a0vsb0,a1vsb1,...,a999vsb999)中,不对应的小文件不可能有相同的url。然后我们只要求出1000对小文件中相同的url即可。

    求每对小文件中相同的url时,可以把其中一个小文件的url存储到hash_set中。然后遍历另一个小文件的每个url,看其是否在刚才构建的hash_set中,如果是,那么就是共同的url,存到文件里面就可以了。

    方案2:如果允许有一定的错误率,可以使用Bloom filter,4G内存大概可以表示340亿bit。将其中一个文件中的url使用Bloom filter映射为这340亿bit,然后挨个读取另外一个文件的url,检查是否与Bloom filter,如果是,那么该url应该是共同的url(注意会有一定的错误率)。

    6、在2.5亿个整数中找出不重复的整数,注,内存不足以容纳这2.5亿个整数。
    方案1:采用2-Bitmap(每个数分配2bit,00表示不存在,01表示出现一次,10表示多次,11无意义)进行,共需内存2^32 * 2 bit=1 GB内存,还可以接受。然后扫描这2.5亿个整数,查看Bitmap中相对应位,如果是00变01,01变10,10保持不变。所描完事后,查看bitmap,把对应位是01的整数输出即可。

    7、腾讯面试题:给40亿个不重复的unsigned int的整数,没排过序的,然后再给一个数,如何快速判断这个数是否在那40亿个数当中?
    方案1:oo,申请512M的内存,一个bit位代表一个unsigned int值。读入40亿个数,设置相应的bit位,读入要查询的数,查看相应bit位是否为1,为1表示存在,为0表示不存在。

    8、怎么在海量数据中找出重复次数最多的一个?
    方案1:先做hash,然后求模映射为小文件,求出每个小文件中重复次数最多的一个,并记录重复次数。然后找出上一步求出的数据中重复次数最多的一个就是所求(具体参考前面的题)

    附、100w个数中找出最大的100个数。
    方案1:在前面的题中,我们已经提到了,用一个含100个元素的最小堆完成。复杂度为O(100w*lg100)。

    方案2:采用快速排序的思想,每次分割之后只考虑比轴大的一部分,知道比轴大的一部分在比100多的时候,采用传统排序算法排序,取前100个。复杂度为O(100w*100)。

    总结:
    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。
    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。
    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。
    Heap适用范围:海量数据前n大,并且n比较小,堆可以放入内存。
    双层桶划分:适用范围:第k大,中位数,不重复或重复的数字。
    Trie树适用范围:数据量大,重复多,但是数据种类小可以放入内存。
    Mapreduce适用范围:数据量大,但是数据种类小可以放入内存。

    处理海量数据问题之六把密匙
    密匙一、分而治之/Hash映射 + Hash_map统计 + 堆/快速/归并排序,典型TOP K问题就可用此方法。
    密匙二、多层划分。
    密匙三、Bloom filter/Bitmap。
    密匙四、Trie树/数据库/倒排索引。
    密匙五、外排序。
    密匙六、分布式处理之Mapreduce。

    节选自:十道海量数据处理面试题与十个方法大总结教你如何迅速秒杀掉:99%的海量数据处理面试题

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