🎽海量数据处理
2022-5-26
| 2023-4-3
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有两个文件

文件A包含50亿行字符串,文件B包含5w行字符串。那么将A文件中在B中出现的字符串存储到文件C中。

从两个文件50亿数据中找出相同的URL

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:将两个文件分别映射到10万个小文件中

每个文件50亿个URL,每个URL最长64个字节,可以估计每个文件的大小为5000,000,000 ×64bit=320,000,000,000bit ≈ 300,000G,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。
  • 将a、b两个文件分别映射到10万个小文件内。每个文件大小不同,因为有的文件url可能多,有的可能少。
    • 遍历文件a,对每个url求取hash(url)%100,000,然后根据所取得的值将url分别存储到100,000个小文件(记为)中。这样每个小文件的大约为3G。遍历文件b,采取和a相同的方式将url分别存储到100000小文件中(记为)。
  • 求取相同的url
    • 这样处理后,所有可能相同的url都在对应的小文件()中,不对应的小文件不可能有相同的url。然后我们只要求出100000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

如果允许有一定的错误率,可以使用Bloom filter,将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)。

提取出某日访问百度次数最多的那个IP

首先是这一天,并且是访问百度的日志中的IP取出来,逐个写入到一个大文件中。注意到IP是32位的,最多有个个IP。同样可以采用映射的方法,比如模1000,把整个大文件映射为1000个小文件,再找出每个小文中出现频率最大的IP(可以采用hash_map进行频率统计,然后再找出频率最大的几个)及相应的频率。然后再在这1000个最大的IP中,找出那个频率最大的IP,即为所求。

统计最热门的10个查询串

搜索引擎会通过日志文件把用户每次检索使用的所有检索串都记录下来,每个查询串的长度为1-255字节。 假设目前有一千万个记录(这些查询串的重复度比较高,虽然总数是1千万,但如果除去重复后,不超过3百万个。一个查询串的重复度越高,说明查询它的用户越多,也就是越热门。)请你统计最热门的10个查询串,要求使用的内存不能超过1G。

题解

第一步、先对这批海量数据预处理,在的时间内用Hash表完成统计; 第二步、借助堆这个数据结构,找出Top K,时间复杂度为。即,借助堆结构,我们可以在log量级的时间内查找和调整/移动。因此,维护一个K(该题目中是10)大小的小根堆,然后遍历300万的Query,分别和根元素进行对比所以,我们最终的时间复杂度是:,(为1000万,为300万)。

海量文件排序

有10个文件,每个文件1G,每个文件的每一行存放的都是用户的query,每个文件的query都可能重复。要求你按照query的频度排序。

方案1:

顺序读取10个文件,按照hash(query)%10的结果将query写入到另外10个文件(记为)中。这样新生成的文件每个的大小大约也1G(假设hash函数是随机的)。
找一台内存在2G左右的机器,依次对用hash_map(query, query_count)来统计每个query出现的次数。利用快速/堆/归并排序按照出现次数进行排序。将排序好的query和对应的query_cout输出到文件中。这样得到了10个排好序的文件。
对这10个文件进行归并排序(内排序与外排序相结合)。

方案2:

一般query的总量是有限的,只是重复的次数比较多而已,可能对于所有的query,一次性就可以加入到内存了。这样,我们就可以采用trie树/hash_map等直接来统计每个query出现的次数,然后按出现次数做快速/堆/归并排序就可以了。

方案3:

与方案1类似,但在做完hash,分成多个文件后,可以交给多个文件来处理,采用分布式的架构来处理(比如MapReduce),最后再进行合并。

在2.5亿个整数中找出不重复的整数。数据氛围是

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。
方案2:也可采用与第1题类似的方法,进行划分小文件的方法。然后在小文件中找出不重复的整数,并排序。然后再进行归并,注意去除重复的元素。

5亿个int找它们的中位数。

这个例子比上面那个更明显。首先我们将int划分为个区域,然后读取数据统计落到各个区域里的数的个数,之后我们根据统计结果就可以判断中位数落到那个区域,同时知道这个区域中的第几大数刚好是中位数。然后第二次扫描我们只统计落在这个区域中的那些数就可以了。

十个海量数据处理方法大总结

一、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

二、Hashing

适用范围:快速查找,删除的基本数据结构。可以将每一行字符串分批放入小文件中

三、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

四、堆

适用范围:海量数据前n大,并且n比较小,堆可以放入内存
基本原理及要点:最大堆求前n小,最小堆求前n大。方法,比如求前n小,我们比较当前元素与最大堆里的最大元素,如果它小于最大元素,则应该替换那个最大元素。这样最后得到的n个元素就是最小的n个。适合大数据量,求前n小,n的大小比较小的情况,这样可以扫描一遍即可得到所有的前n元素,效率很高。

code

  • 哈希
  • 海量数据
  • 区间及其他类型python实现多线程顺序打印
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