海量数据处理1

What is 海量数据?

数据量太大,导致要么是无法在较短时间内迅速解决,要么由于数据量太大,无法一次性装入内存而导致传统方法无法解决

What is 海量数据处理 ?

基于海量数据的查找,统计,运算等操作



常见的对海量数据的处理方法
分治 —— Hash映射

在对大文件进行处理时,若文件过大,无法一次性读入内存,可以考虑采用Hash映射的方法将文件中的元素映射到不同小文件中,然后在依次处理各个小文件,最后合并处理结果,这样就降低了问题的规模


常见问题
1. TopK问题

描述:在大规模数据处理中,会经常出现一类问题:如何寻找出最大的前k个数,或最小的k个数。
若这些数据能一次性装入内存,快排的时间复杂度为O(n)堆排序的时间复杂O(nlogk)空间O(1)
但是在面对海量数据时,快排的一次划分就不能再使用!但堆结构依旧可以使用

是海量数据处理的常用工具之一

例1:

有一个1GB文件,里面一行是一个词,词的大小不超过16字节,内存限制为1MB,返回频数最高的100个词 (2012.百度)

解析:

可以采用分治法:
顺序读文件,对于每个词x,取 hash(x) % 5000,然后根据值存到5000个小文件中,记为X0,X1,……,X4999,这样每个小文件大小为200KB左右
如果其中有文件的大小超过了1MB,还可以按照类似的方法继续往下分,直到不超过。
对每个小文件,统计每个小文件中出现的词及相应频率(可用树或hash_map),并分别取出频率最大的100个词(可用含100个结点的最小堆结构),将这100个词及相应的频数存入文件,这样又得到5000个有序文件(每个文件有100个词),下一步就是把这5000个文件进行归并排序的过程。


例2:

海量日志数据,提取出某日访问百度次数最多的那个IP,假设当前机器可用内存较小,无法一次性读入日志文件(2012.百度)

解析
  • 方案1:使用分而治之的思想
    为了保证海量数据分成几个小块后,每个小块中的元素都互不相同,也就是说,值相同的元素要被分到同一数据块中,可以使用hash的方法:
    hash(value) % nn就是要分的块数
    这样在每个小块中再使用hash_map的方法统计每个value的频数,之后再利用堆排序对每个小块的频数进行排序,具体过程如下
    1. IP地址最多有2^32 = 4G种取值可能,按照IP地址的hash(IP)%1024的值,将海量日志存储到1024个小文件中,每个小文件最多包含4MB个IP地址
    2. 对于每个小文件,可以构建一个IP作为Key,出现次数作为Value的Hash_map,并记录当前出现次数最多的一个IP地址
    3. 有了1024个小文件中出现次数最多的IP,我么就可以轻松得到总体上出现次数最多的IP

Bit_map

原理:使用位数来表示某些元素是否存在,由于采用bit为单位来存储数据,因此储存空间方面可以大大节省,故适用于海量数据的快速查找,判重,删除等

Bloom Filter:布隆过滤器

可视为Bit_map的拓展

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