Redis——GEO

486过于烦躁

已于 2022-04-17 22:43:51 修改

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文章标签： redis

于 2022-04-17 22:16:29 首次发布

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6.1 GEORADIUSBYMEMBER概念

6.2 GEORADIUSBYMEMBER命令

6.3 GEORADIUSBYMEMBER示例

GEOHASH算法原理及实现

需求：假如在抖音中发布视频时，可以选择带上位置信息，请设计一种数据结构或方案，用于存储检索位置信息（简化为平面坐标 x, y），以实现搜索附近视频的功能（如附近 3km）。

Geohash算法就是将经纬度编码，将二维变一维，给地址位置分区的一种算法。

基本原理

GeoHash是一种地址编码方法。他能够把二维的空间经纬度数据编码成一个字符串

我们知道，经度范围是东经180到西经180，纬度范围是南纬90到北纬90，我们设定西经为负，南纬为负，所以地球上的经度范围就是[-180， 180]，纬度范围就是[-90，90]。如果以本初子午线、赤道为界，地球可以分成4个部分。

如果纬度范围[-90°, 0°)用二进制0代表，（0°, 90°]用二进制1代表，经度范围[-180°, 0°)用二进制0代表，（0°, 180°]用二进制1代表，那么地球可以分成如下4个部分

如果在小块范围内递归对半划分呢？

可以看到，划分的区域更多了，也更精确了。geohash算法就是基于这种思想，划分的次数更多，区域更多，区域面积更小了。通过将经纬度编码，给地理位置分区

Geohash算法的三步骤

Geohash算法一共有三步。

首先将经纬度变成二进制。

比如这样一个点（39.923201, 116.390705）
纬度的范围是（-90，90），其中间值为0。对于纬度39.923201，在区间（0，90）中，因此得到一个1；（0，90）区间的中间值为45度，纬度39.923201小于45，因此得到一个0，依次计算下去，即可得到纬度的二进制表示，如下表：

最后得到纬度的二进制表示为：

  10111000110001111001

同理可以得到经度116.390705的二进制表示为：

  11010010110001000100

第2步，就是将经纬度合并。

经度占偶数位，纬度占奇数位，注意，0也是偶数位。

  11100 11101 00100 01111 00000 01101 01011 00001

第3步，按照Base32进行编码

Base32编码表的其中一种如下，是用0-9、b-z（去掉a, i, l, o）这32个字母进行编码。具体操作是先将上一步得到的合并后二进制转换为10进制数据，然后对应生成Base32码。需要注意的是，将5个二进制位转换成一个base32码。上例最终得到的值为

  wx4g0ec1

Geohash比直接用经纬度的高效很多，而且使用者可以发布地址编码，既能表明自己位于北海公园附近，又不至于暴露自己的精确坐标，有助于隐私保护。

GeoHash用一个字符串表示经度和纬度两个坐标。在数据库中可以实现在一列上应用索引（某些情况下无法在两列上同时应用索引）
GeoHash表示的并不是一个点，而是一个矩形区域
GeoHash编码的前缀可以表示更大的区域。例如wx4g0ec1，它的前缀wx4g0e表示包含编码wx4g0ec1在内的更大范围。这个特性可以用于附近地点搜索

编码越长，表示的范围越小，位置也越精确。因此我们就可以通过比较GeoHash匹配的位数来判断两个点之间的大概距离。

问题

geohash算法有两个问题。首先是边缘问题。

如图，如果车在红点位置，区域内还有一个黄点。相邻区域内的绿点明显离红点更近。但因为黄点的编码和红点一样，最终找到的将是黄点。这就有问题了。

要解决这个问题，很简单，只要再查找周边8个区域内的点，看哪个离自己更近即可。

另外就是曲线突变问题。

本文第2张图片比较好地解释了这个问题。其中0111和1000两个编码非常相近，但它们的实际距离确很远。所以编码相近的两个单位，并不一定真实距离很近，这需要实际计算两个点的距离才行。

GEO数据结构

GEOADD

1.1 GEOADD概念

将给定的空间元素（纬度、经度、名字）添加到指定的键里面。这些数据会以有序集合的形式被储存在键里面，从而使得像 GEORADIUS 和 GEORADIUSBYMEMBER 这样的命令可以在之后通过位置查询取得这些元素。

GEOADD 命令以标准的 x,y 格式接受参数，所以用户必须先输入经度，然后再输入纬度。 GEOADD 能够记录的坐标是有限的：非常接近两极的区域是无法被索引的。精确的坐标限制由 EPSG:900913 / EPSG:3785 / OSGEO:41001 等坐标系统定义，具体如下：

有效的经度介于 -180 度至 180 度之间。

有效的纬度介于 -85.05112878 度至 85.05112878 度之间。

当用户尝试输入一个超出范围的经度或者纬度时， GEOADD 命令将返回一个错误。

1.2 GEOADD命令

时间复杂度：每添加一个元素的复杂度为 O(log(N)) ，其中 N 为键里面包含的位置元素数量。

命令demo： GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member ...]

命令描述：将指定的地理空间位置（纬度、经度、名称）添加到指定的key中。

返回值：添加到sorted set元素的数目，但不包括已更新score的元素。

1.3 GEOADD示例

GEODIST

2.1 GEODIST概念

返回两个给定位置之间的距离。

如果两个位置之间的其中一个不存在，那么命令返回空值。

指定单位的参数 unit 必须是以下单位的其中一个：

m 表示单位为米。
km 表示单位为千米。
mi 表示单位为英里。
ft 表示单位为英尺。

如果用户没有显式地指定单位参数，那么 GEODIST 默认使用米作为单位。

GEODIST 命令在计算距离时会假设地球为完美的球形，在极限情况下，这一假设最大会造成 0.5% 的误差。

2.2 GEODIST命令

复杂度： O(log(N))

命令demo： GEODIST key member1 member2 [unit]

2.3 GEODIST示例

GEOPOS

3.1 GEOPOS概念

从键里面返回所有给定位置元素的位置（经度和纬度）。

因为 GEOPOS 命令接受可变数量的位置元素作为输入，所以即使用户只给定了一个位置元素，命令也会返回数组回复。

GEOPOS 命令返回一个数组，数组中的每个项都由两个元素组成：第一个元素为给定位置元素的经度，而第二个元素则为给定位置元素的纬度。当给定的位置元素不存在时，对应的数组项为空值。

3.2 GEOPOS命令

时间复杂度：获取每个位置元素的复杂度为 O(log(N)) ，其中 N 为键里面包含的位置元素数量。

命令demo： GEOPOS key member [member ...]

3.2 GEOPOS示例

GEOHASH

4.1 GEOHASH概念

返回一个或多个位置元素的 Geohash 表示。

返回值：一个数组，数组的每个项都是一个 geohash 。命令返回的 geohash 的位置与用户给定的位置元素的位置一一对应。

4.2 GEOHASH命令

时间复杂度：寻找每个位置元素的复杂度为 O(log(N)) ，其中 N 为给定键包含的位置元素数量。

命令demo： GEOHASH key member [member ...]

命令描述：返回一个或多个位置元素的 Geohash 表示。通常使用表示位置的元素使用不同的技术，使用Geohash位置52点整数编码。由于编码和解码过程中所使用的初始最小和最大坐标不同，编码的编码也不同于标准。此命令返回一个标准的Geohash

4.3 GEOHASH示例

GEORADIUS

5.1 GEORADIUS概念

以给定的经纬度为中心，返回键包含的位置元素当中，与中心的距离不超过给定最大距离的所有位置元素。

范围可以使用以下其中一个单位：

m 表示单位为米。
km 表示单位为千米。
mi 表示单位为英里。
ft 表示单位为英尺。

在给定以下可选项时，命令会返回额外的信息：

WITHDIST ：在返回位置元素的同时，将位置元素与中心之间的距离也一并返回。距离的单位和用户给定的范围单位保持一致。

WITHCOORD ：将位置元素的经度和维度也一并返回。

WITHHASH ：以 52 位有符号整数的形式，返回位置元素经过原始 geohash 编码的有序集合分值。这个选项主要用于底层应用或者调试，实际中的作用并不大。

命令默认返回未排序的位置元素。通过以下两个参数，用户可以指定被返回位置元素的排序方式：

ASC ：根据中心的位置，按照从近到远的方式返回位置元素。

DESC ：根据中心的位置，按照从远到近的方式返回位置元素。

在默认情况下， GEORADIUS 命令会返回所有匹配的位置元素。虽然用户可以使用 COUNT 选项去获取前 N 个匹配元素，但是因为命令在内部可能会需要对所有被匹配的元素进行处理，所以在对一个非常大的区域进行搜索时，即使只使用 COUNT 选项去获取少量元素，命令的执行速度也可能会非常慢。但是从另一方面来说，使用 COUNT 选项去减少需要返回的元素数量，对于减少带宽来说仍然是非常有用的。

GEORADIUS 命令返回一个数组，具体来说：