Algorithms: Bitmap算法

本文介绍了位图算法的基本概念及其实现原理,通过实例展示了如何利用位图算法解决海量数据存储与查找的问题,有效降低内存占用。

基本概念

位图看名字像是一种数据结构,其实严格来说是解决问题的一种方式,用每一位代表一个数字,极大的减少了内存占用,位图算法在海量数据的处理中有较多的应用,比如海量数据查重、判断海量数据中个别元素是否存在等问题。

应用场景

参考链接[1]中的问题为例:判断一个int型数据是否存在于40亿个不重复且无序的数据中,要求在占用内存不超过2G
常规想法是将40亿个int数据存储下来,这样占用内存 41094/1024/1024/1024=14.9G 。2G内存显然放不下,有人可能会想到将内存中数据存储到磁盘中分段读取判断,这不失为一个解决办法,但是众所周知磁盘I/O速度很慢。
这里可以应用位图算法的思想来解决,用1位代表一个数,这样一个int可以代表32个数,占用空间降为 4109/8/1024/1024=476.8M=14.9G/32 。易知,一个int型数组中,原本一个int元素(4个字节)只能代表一个数,用bitmap算法后一个int元素可以代表32个数,占用内存降为原来的 1/32 。完全符合题目要求,可在2G内存中完成数据的查找。
具体操作上,如何将一个十进制数映射到二进制bitmap上呢?
假如要存储的数字为n,可以开辟一个大小为int arr[1+n/32]的数组。数组每个元素表示:
arr[0]:0~31
arr[1]:32~63
……
相当于将N个数按照32为单位进行分段(每个元素即代表一段)存储,确定数字m存储在哪个元素:m/32,确定数字m存储在相应元素的哪个位置:m%32。

具体实现中涉及很多的位运算,这些位运算操作在以前的嵌入式C语言编程中操作寄存器时经常使用,比如讲某位清零、置一、左移右移等操作。

jdk中有相关的api类图可供直接调用。

参考资料
1. http://blog.51cto.com/zengzhaozheng/1404108
2. http://blog.youkuaiyun.com/hguisu/article/details/7880288

【SCI复现】基于纳什博弈的多微网主体电热双层共享策略研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕“基于纳什博弈的多微网主体电热双层共享策略研究”展开,结合Matlab代码实现,复现了SCI级别的科研成果。研究聚焦于多个微网主体之间的能源共享问题,引入纳什博弈理论构建双层优化模型,上层为各微网间的非合作博弈策略,下层为各微网内部电热联合优化调度,实现能源高效利用与经济性目标的平衡。文中详细阐述了模型构建、博弈均衡求解、约束处理及算法实现过程,并通过Matlab编程进行仿真验证,展示了多微网在电热耦合条件下的运行特性和共享效益。; 适合人群:具备一定电力系统、优化理论和博弈论基础知识的研究生、科研人员及从事能源互联网、微电网优化等相关领域的工程师。; 使用场景及目标:① 学习如何将纳什博弈应用于多主体能源系统优化;② 掌握双层优化模型的建模与求解方法;③ 复现SCI论文中的仿真案例,提升科研实践能力;④ 为微电网集群协同调度、能源共享机制设计提供技术参考。; 阅读建议:建议读者结合Matlab代码逐行理解模型实现细节,重点关注博弈均衡的求解过程与双层结构的迭代逻辑,同时可尝试修改参数或扩展模型以适应不同应用场景,深化对多主体协同优化机制的理解。
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