bitmap运算

Posted 2020-10-15 lenmom

概述

所谓bitmap就是用一个bit位来标记某个元素对应的value，而key即是这个元素。由于采用bit为单位来存储数据，因此在可以大大的节省存储空间

 

 

算法思想

32位机器上，一个整形，比如int a;在内存中占32bit，可以用对应的32个bit位来表示十进制的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：

• 效率高，不许进行比较和移位
• 占用内存少，比如N=10000000;只需占用内存为N/8 = 1250000Bytes = 1.2M，如果采用int数组存储，则需要38M多

 

缺点：

• 无法对存在重复的数据进行排序和查找

 

示例：

 

申请一个int型的内存空间，则有4Byte，32bit。输入 4， 2,  1,  3时：

 

输入4：

 

 

 

输入2：

 

 

 

输入1：

 

 

 

输入3：

 

 

 

 

思想比较简单，关键是十进制和二进制bit位需要一个map映射表，把10进制映射到bit位上

 

map映射表

假设需要排序或者查找的总数N=10000000,那么我们需要申请的内存空间为 int a[N/32 + 1].其中a[0]在内存中占32位,依此类推：

 

bitmap表为：

 

a[0] ------> 0 - 31

 

a[1] ------> 32 - 63

 

a[2] ------> 64 - 95

 

a[3] ------> 96 - 127

 

......

 

下面介绍用位移将十进制数转换为对应的bit位

 

 

位移转换

（1） 求十进制数0-N对应的在数组a中的下标

 

index_loc = N / 32即可，index_loc即为n对应的数组下标。例如n = 76, 则loc = 76 / 32 = 2,因此76在a[2]中。

 

（2）求十进制数0-N对应的bit位

 

bit_loc = N % 32即可，例如 n = 76, bit_loc = 76 % 32 = 12

 

（3）利用移位0-31使得对应的32bit位为1

 

 

代码示例(c语言)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define SHIFT 5
#define MASK 0x1F

/**
 * 设置所在的bit位为1
 *
 * T = O(1)
 *
 */
void set(int n, int *arr)
{
	int index_loc, bit_loc;

	index_loc = n >> SHIFT; // 等价于n / 32
	bit_loc = n & MASK;	// 等价于n % 32

	arr[index_loc] |= 1 << bit_loc;
}

/**
 * 初始化arr[index_loc]所有bit位为0
 *
 * T = O(1)
 *
 */
void clr(int n, int *arr)
{
	int index_loc;

	index_loc = n >> SHIFT;

	arr[index_loc] &= 0;
}

/**
 * 测试n所在的bit位是否为1
 *
 * T = O(1)
 *
 */
int test(int n, int *arr)
{
	int i, flag;

	i = 1 << (n & MASK);

	flag = arr[n >> SHIFT] & i;

	return flag;
}

int main(void)
{
	int i, num, space, *arr;

	while (scanf("%d", &num) != EOF) {
		// 确定大小&&动态申请数组
		space = num / 32 + 1;
		arr = (int *)malloc(sizeof(int) * space);

		// 初始化bit位为0
		for (i = 0; i <= num; i ++)
			clr(i, arr);

		// 设置num的比特位为1
		set(num, arr);
		
		// 测试
		if (test(num, arr)) {
			printf("成功！\n");
		} else {
			printf("失败!\n");
		}
	}

	return 0;
}

参考链接

1. http://blog.csdn.net/v_july_v/article/details/6685962