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海量数据处理.md

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  1. 海量日志数据,提取出某日访问百度次数最多的那个IP

    • 分而治之/hash映射: 针对数据太大,内存受限,只能是:把大文件化成(取模映射)小文件
    • hashmap 统计次数: 当转化了小文件,那么我们便可以采用hashmap来进行频率统计
    • 堆/快速排序: 统计完了之后,便进行排序(可采取堆排序),得到次数最多的IP

    具体而论,则是: “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2^32个IP。同样可以采用映射的方法,比如%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hashmap对那1000个文件中的所有IP进行频率统计,然后依次找出各个文件中频率最大的那个IP)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

    关于本题,还有几个问题:

    • Hash取模是一种等价映射,不会存在同一个元素分散到不同小文件中的情况,即这里采用的是mod1000算法,那么相同的IP在hash取模后,只可能落在同一个文件中,不可能被分散的。因为如果两个IP相等,那么经过Hash(IP)之后的哈希值是相同的,将此哈希值取模(如模1000),必定仍然相等
    • 那到底什么是hash映射呢?简单来说,就是为了便于计算机在有限的内存中处理big数据,从而通过一种映射散列的方式让数据均匀分布在对应的内存位置(如大数据通过取余的方式映射成小树存放在内存中,或大文件映射成多个小文件),而这个映射散列方式便是我们通常所说的hash函数,设计的好的hash函数能让数据均匀分布而减少冲突。尽管数据映射到了另外一些不同的位置,但数据还是原来的数据,只是代替和表示这些原始数据的形式发生了变化而已
  2. 寻找热门查询,300万个查询字符串中统计最热门的10个查询

    • 300万个查询字符串, 每个255字节, 大约占用 0.75GB空间, 可以直接一次性加入内存
    • hashmap 统计出现次数 O(n)
    • 使用堆排序或Trie树进行TopK取值 O(Nlogk) (N为300万, k为10)
  3. 有一个1G大小的一个文件,里面每一行是一个词,词的大小不超过16字节,内存限制大小是1M。返回频数最高的100个词

    • 分而治之/hash映射: 顺序读文件中,对于每个词x,取hash(x)%5000,然后按照该值存到5000个小文件(记为x0,x1,...x4999)中。这样每个文件大概是200k左右。如果其中的有的文件超过了1M大小,还可以按照类似的方法继续往下分,直到分解得到的小文件的大小都不超过1M
    • hashmap 统计: 对每个小文件采用trie树/hashmap等统计每个文件中出现的词以及相应的频率
    • 堆/归并排序:取出出现频率最大的100个词(可以用含100个结点的最小堆)后,再把100个词及相应的频率存入文件,这样又得到了5000个文件。最后就是把这5000个文件进行归并(类似于归并排序)的过程了
  4. 海量数据分布在100台电脑中,想个办法高效统计出这批数据的TOP10

如果每个数据元素只出现一次,而且只出现在某一台机器中

- 堆排序:在每台电脑上求出TOP10,可以采用包含10个元素的堆完成(TOP10小,用最大堆,TOP10大,用最小堆,比如求TOP10大,我们首先取前10个元素调整成最小堆,如果发现,然后扫描后面的数据,并与堆顶元素比较,如果比堆顶元素大,那么用该元素替换堆顶,然后再调整为最小堆。最后堆中的元素就是TOP10大)
- 求出每台电脑上的TOP10后,然后把这100台电脑上的TOP10组合起来,共1000个数据,再利用上面类似的方法求出TOP10就可以了

但如果同一个元素重复出现在不同的电脑中

- 遍历一遍所有数据,重新hash取摸,如此使得同一个元素只出现在单独的一台电脑中,然后采用上面所说的方法,统计每台电脑中各个元素的出现次数找出TOP10,继而组合100台电脑上的TOP10,找出最终的TOP10
- 或者,暴力求解:直接统计统计每台电脑中各个元素的出现次数,然后把同一个元素在不同机器中的出现次数相加,最终从所有数据中找出TOP10
  1. 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?

    • 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。
    • 分而治之/hash映射:遍历文件a,对每个url求取,然后根据所取得的值将url分别存储到1000个小文件(记为,这里漏写个了a1)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小文件中(记为)。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1000对小文件中相同的url即可。
    • hashset统计: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hashset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hashset中,如果是,那么就是共同的url,存到文件里面就可以了
  2. 一个文本文件,大约有一万行,每行一个词,要求统计出其中最频繁出现的前10个词,请给出思想,给出时间复杂度分析

    • 如果文件比较大,无法一次性读入内存,可以采用hash取模的方法,将大文件分解为多个小文件,对于单个小文件利用hashmap统计出每个小文件中10个最常出现的词,然后再进行归并处理,找出最终的10个最常出现的词
    • 也可以用trie树统计每个词出现的次数,时间复杂度是O(nle)(le表示单词的平准长度),最终同样找出出现最频繁的前10个词(可用堆来实现),时间复杂度是O(nlg10)