前端也有算法 - 位图法

一不小心就看到位图法,引起了我的兴趣。
简单说下位图法(bitmap),用每一个bit来存放某个状态,常用于正整数类型中。(具体内容请自行百度)

先来个抛砖引玉吧,曾经有一个题目,据说是腾讯的前端面试题,内容大概如下:

示例一(已删数字):

题目:

有一组数字,从1到n,假设n=10,乱序且不重复。例如[1,5,8,3,4,9,2,6,7,10],随机删除3个数字,请找出3个被删除的数字。

算法:
  1. 以最大数字n=10来初始化位图数组
  2. 循环剩余数字,把状态位设置进位图数组里面(复杂度N)
  3. 循环状态位数组,把状态位不为1的提取到输出结果数组(复杂度N)
  4. 总复杂度2N,N∈正整数
// 随机删除后的数组
var arr = [1, 3, 4, 9, 2, 7, 10];
// 位图数组,多了索引0,所以设置11个
var bitmap = Array(11);
// 输出数组
var outputArr = [];
// 设置位图状态
for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
  bitmap[arr[i]] = 1;
}
// 提取已移除的数字
for (var i = 1; i < bitmap.length; i++) {
  if (!bitmap[i]) {
    outputArr.push(i);
  }
}
// 输出[5, 6, 8]
console.log(outputArr); 
原理:

初始化的位图数组如下:

[undefind * 11]

设置状态位后的位图数组(undefind当0)如下:

[0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1 ]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

不难看出,缺失的5,6,8,位图法就是通过这种原理来设置的
另外,位图法还支持排序,从上得知数字也被重新排好序了

示例二(去重):

题目:

已知两个数组[8,4,6,2,1,9]、[3,4,5,8,9,7,0],请合并去除重复数字,并找出重复过的数字。

算法:
  1. 找出两个数组中最大的数字,用于构建位图数组, max=10(此步骤不做处理)
  2. 把已知的第一个数组写进位图数组里(复杂度N)
  3. 把已知的第二个数组与位图数组做比对,状态位为1的则是已存在的数字,即重复数字,比对完后也写进位图数组里(复杂度N)
  4. 循环位图数组,提取所有数字,即可得出合并后的数组(复杂度N)
  5. 总复杂度3N,N∈正整数
var arr1 = [8, 4, 6, 2, 1, 9];
var arr2 = [3, 4, 5, 8, 9, 7, 0];
var bitmap = Array(10);
// 重复的数字
var repeatArr = [];
// 合并后的数组
var concatArr = [];
// 设置位图状态
for (var i = 0; i < arr1.length; i++) {
  bitmap[arr1[i]] = 1;
}
// 找到重复数字
for (var i = 1; i < arr2.length; i++) {
  if (bitmap[arr2[i]]) {
    repeatArr.push(arr2[i]);
  }
  // 同时设置位图状态
  bitmap[arr2[i]] = 1;
}
// 合并后的数组
for (var i = 0; i < bitmap.length; i++) {
  if (bitmap[i]) {
    concatArr.push(i);
  }
}
// 输出[4, 8, 9]
console.log(repeatArr); 
// 输出[0, 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
console.log(concatArr); 

数量级别:

位图法能不能计算数以亿计的量级,答案是“能”
一个bit状态位表示一条数据,
我们来简单计算一下:

1B = 8bit
1KB = 1024B
1MB = 1024KB
    ≈ 1024 * 1024 * 8 bit 
    ≈ 840万 bit

也就是说,800多万的数据才占用了1MB内存而已,剩下的就是cpu的计算了

位图法总结

  1. 只能用于正整数
  2. 支持排序
  3. 支持去重
  4. 支持亿量级别计算
    至于使用场景,需要自己摸索,至少比二叉树的实际使用场景多
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