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  • BitMap算法

    一、bitmap算法思想 
        32位机器上,一个整形,比如int a; 在内存中占32bit位,可以用对应的32bit位对应十进制的0-31个数,bitmap算法利用这种思想处理大量数据的排序与查询. 

        优点:1.运算效率高,不许进行比较和移位;2.占用内存少,比如N=10000000;只需占用内存为N/8=1250000Byte=1.25M。 
       缺点:所有的数据不能重复。即不可对重复的数据进行排序和查找。 

       比如: 
              第一个4就是 
              00000000000000000000000000010000 
              而输入2的时候 
              00000000000000000000000000010100 
              输入3时候 
              00000000000000000000000000011100 
              输入1的时候 
              00000000000000000000000000011110 

        思想比较简单,关键是十进制和二进制bit位需要一个map图,把十进制的数映射到bit位。下面详细说明这个map映射表。 
    二、map映射表 
    假设需要排序或者查找的总数N=10000000,那么我们需要申请内存空间的大小为int a[1 + N/32],其中:a[0]在内存中占32为可以对应十进制数0-31,依次类推: 
    bitmap表为: 

    a[0]--------->0-31 
    a[1]--------->32-63 
    a[2]--------->64-95 
    a[3]--------->96-127 
    .......... 

    那么十进制数如何转换为对应的bit位,下面介绍用位移将十进制数转换为对应的bit位。 
    三、位移转换 
    例如十进制0,对应在a[0]所占的bit为中的第一位: 
    00000000000000000000000000000001 

    0-31:对应在a[0]中 

    i =0                        00000000000000000000000000000000 
    temp=0                  00000000000000000000000000000000 
    answer=1                00000000000000000000000000000001 
    i =1                         00000000000000000000000000000001 
    temp=1                   00000000000000000000000000000001 
    answer=2                 00000000000000000000000000000010 
    i =2                          00000000000000000000000000000010 
    temp=2                    00000000000000000000000000000010 
    answer=4                  00000000000000000000000000000100 
    i =30                         00000000000000000000000000011110 
    temp=30                   00000000000000000000000000011110 
    answer=1073741824  01000000000000000000000000000000 
    i =31                         00000000000000000000000000011111 
    temp=31                   00000000000000000000000000011111 
    answer=-2147483648 10000000000000000000000000000000 

    32-63:对应在a[1]中 

    i =32                    00000000000000000000000000100000 
    temp=0                00000000000000000000000000000000 
    answer=1              00000000000000000000000000000001 
    i =33                     00000000000000000000000000100001 
    temp=1                 00000000000000000000000000000001 
    answer=2               00000000000000000000000000000010 
    i =34                      00000000000000000000000000100010 
    temp=2                  00000000000000000000000000000010 
    answer=4                00000000000000000000000000000100 
    i =61                       00000000000000000000000000111101 
    temp=29                  00000000000000000000000000011101 
    answer=536870912   00100000000000000000000000000000 
    i =62                        00000000000000000000000000111110 
    temp=30                   00000000000000000000000000011110 
    answer=1073741824  01000000000000000000000000000000 
    i =63                         00000000000000000000000000111111 
    temp=31                   00000000000000000000000000011111 
    answer=-2147483648 10000000000000000000000000000000 


    浅析上面的对应表: 
    1.求十进制0-N对应在数组a中的下标: 
    十进制0-31,对应在a[0]中,先由十进制数n转换为与32的余可转化为对应在数组a中的下标。比如n=24,那么 n/32=0,则24对应在数组a中的下标为0。又比如n=60,那么n/32=1,则60对应在数组a中的下标为1,同理可以计算0-N在数组a中的下标。 

    2.求0-N对应0-31中的数: 
    十进制0-31就对应0-31,而32-63则对应也是0-31,即给定一个数n可以通过模32求得对应0-31中的数。 

    3.利用移位0-31使得对应32bit位为1. 

    四、编程实现 

    #include <stdio.h>  
      
    #define BITSPERWORD 32  
    #define SHIFT 5  
    #define MASK 0x1F  
    #define N 10000000  
      
    int a[1 + N/BITSPERWORD];//申请内存的大小  
      
    //set 设置所在的bit位为1  
    //clr 初始化所有的bit位为0  
    //test 测试所在的bit为是否为1  
      
    void set(int i) {        a[i>>SHIFT] |=  (1<<(i & MASK)); }  
    void clr(int i) {        a[i>>SHIFT] &= ~(1<<(i & MASK)); }  
    int  test(int i){ return a[i>>SHIFT] &   (1<<(i & MASK)); }  
      
    int main()  
    {   int i;  
        for (i = 0; i < N; i++)  
            clr(i);    
        while (scanf("%d", &i) != EOF)  
            set(i);  
        for (i = 0; i < N; i++)  
            if (test(i))  
                printf("%d
    ", i);  
      
        return 0;  
    }  



    解析本例中的void set(int i) {        a[i>>SHIFT] |=  (1<<(i & MASK)); } 

    1.i>>SHIFT: 
    其中SHIFT=5,即i右移5为,2^5=32,相当于i/32,即求出十进制i对应在数组a中的下标。比如i=20,通过i>>SHIFT=20>>5=0 可求得i=20的下标为0; 

    2.i & MASK: 
    其中MASK=0X1F,十六进制转化为十进制为31,二进制为0001 1111,i&(0001 1111)相当于保留i的后5位。 

    比如i=23,二进制为:0001 0111,那么 
                             0001 0111 
                       &    0001 1111 = 0001 0111 十进制为:23 
    比如i=83,二进制为:0000 0000 0101 0011,那么 
                              0000 0000 0101 0011 
                         &   0000 0000 0001 0000 = 0000 0000 0001 0011 十进制为:19 

    i & MASK相当于i%32。 

    3.1<<(i & MASK) 
    相当于把1左移 (i & MASK)位。 
    比如(i & MASK)=20,那么i<<20就相当于: 
             0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 >>20 
          =0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 

    4.void set(int i) {        a[i>>SHIFT] |=  (1<<(i & MASK)); }等价于: 
    void set(int i) 

       a[i/32] |= (1<<(i%32)); 
    }

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/studysoftware/p/10875263.html
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