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python实现bitmap数据结构详解
发布日期:2025-01-03 18:01 点击次数:119
bitmap是很常用的数据结构,比如用于Bloom Filter中;用于无重复整数的排序等等。bitmap通常基于数组来实现,数组中每个元素可以看成是一系列二进制数,所有元素组成更大的二进制集合。对于Python来说,整数类型默认是有符号类型,所以一个整数的可用位数为31位。bitmap实现思路 bitmap是用于对每一位进行操作。举例来说,一个Python数组包含4个32位有符号整型,则总共可用位为4 * 31 = 124位。如果要在第90个二进制位上操作,则要先获取到操作数组的第几个元素,再获取相应的位索引,然后执行操作。上图所示为一个32位整型,在Python中默认是有符号类型,最高位为符号位,bitmap不能使用它。左边是高位,右边是低位,最低位为第0位。
bitmap是用于对每一位进行操作。举例来说,一个Python数组包含4个32位有符号整型,则总共可用位为4 * 31 = 124位。如果要在第90个二进制位上操作,则要先获取到操作数组的第几个元素,再获取相应的位索引,然后执行操作。
初始化bitmap
首先需要初始化bitmap。拿90这个整数来说,因为单个整型只能使用31位,所以90除以31并向上取整则可得知需要几个数组元素。代码如下:
计算在数组中的索引
计算在数组中的索引其实是跟之前计算数组大小是一样的。只不过之前是对最大数计算,现在换成任一需要存储的整数。但是有一点不同,计算在数组中的索引是向下取整,所以需要修改calcElemIndex方法的实现。代码改为如下:
所以获取最大整数很重要,否则有可能创建的数组容纳不下某些数据。
计算在数组元素中的位索引
数组元素中的位索引可以通过取模运算来得到。令需存储的整数跟31取模即可得到位索引。代码改为如下:
别忘了是从第0位算起哦。
置1操作
二进制位默认是0,将某位置1则表示在此位存储了数据。代码改为如下:
因为从第0位算起,所以如需要存储0,则需要把第0位置1。
清0操作
将某位置0,也即丢弃已存储的数据。代码如下:
清0和置1是互反操作。
测试某位是否为1
判断某位是否为1是为了取出之前所存储的数据。代码如下:
接下来实现一个不重复数组的排序。已知一个无序非负整数数组的最大元素为879,请对其自然排序。代码如下:
bitmap实现了,则利用其进行排序就非常简单了。其它语言也同样可以实现bitmap,但对于静态类型语言来说,比如C/Golang这样的语言,因为可以直接声明无符号整型,所以可用位就变成32位,只需将上述代码中的31改成32即可,这点请大家注意。
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