布隆过滤器

布隆过滤器是一种数据结构，比较巧妙的概率型数据结构(probabilistic data structure)，特点是高效地插入和查询，可以用来告诉你 “一定不存在或者可能存在”。

相比于传统的 list、set、map 等数据结构，它更高效、占用空间更少，但是缺点是其返回的结果是概率性的，而不是确切的。

布隆过滤器的工作原理

假设一个长度为m的bit类型的数组，即数组中每个位置只占一个bit，每个bit只有两种状态：0，1，所有bit的初始状态都为0。

再假设一共有k个哈希函数，这些函数的输出域大于或者等于m，并且这些哈希函数，彼此之间相互独立，每个哈希函数计算出来的结果是独立的，可能相同也可能不相同，对每一个计算出来的结果都对m取余(%m)，然后再将数组下标位置置为1。

我们这里假设m为13,k为3的布隆过滤器，来看看布隆过滤器的工作原理：

当我们要映射一个值到布隆过滤器时，首先计算三个哈希函数的值，然后对13取余，映射到对应位中，图中映射到2，6，10，这样我们就完成了一个值的映射。

那么怎么判断一个值是否存在，当一个值输入时，通过三个哈希函数，然后取余，我们就可以得到对应的三个位置，我们只需要判断这三个位置是否都为1，如果都为1，则该值存储，反之不存在。

但是有一个特殊情况，前面说了不同的哈希函数可能计算可能相同也可能不相同，而且不同的哈希函数对不同的值计算出来的值可能一样，这就造成一个结果，一个值通过哈希和取余得到的位置，早就被其它值给置1了，当我们存储的值过多，而这个bit数组过小，都会造成这种情况更多的发生，一个值明明不存在，而它的所有位置早就被其它不同值置1，造成了误判，这里就对布隆过滤器提出了一个指标：失误率p。

在同样数据规模下，不同大小的bit数组及不同数量k的哈希函数对误判率的结果：

如何选取最合适的m(bit数组的大小)及k(哈希函数的数量)，在已知n(需要映射的值得数量)及失误率p的情况下：

m的选取：

k的选取：

给个例子：假设n=100亿，p=0.01%

通过公式计算出来m=19.19n，向上取整位20n，即2000亿个bit，也就是25gb。

通过公式计算出来k=14。

计算真实失误率：

根据公式计算出来的真实失误率位0.006%。

c语言实现

#include

#define size 100

#define bitsize size * 4 * 8

//c语言中一个整型数据类型4个字节

int bit[size]={0};

int sdbmhash(char *str)

{

unsigned int hash = 0;

while (*str)

{

// equivalent to: hash = 65599*hash + (*str++);

hash = (*str++) + (hash << 6) + (hash << 16) - hash;

}

return (hash & 0x7fffffff);

}

int rshash(char *str)

{

unsigned int b = 378551;

unsigned int a = 63689;

unsigned int hash = 0;

while (*str)

{

hash = hash * a + (*str++);

a *= b;

}

return (hash & 0x7fffffff);

}

int jshash(char *str)

{

unsigned int hash = 1315423911;

while (*str)

{

hash ^= ((hash << 5) + (*str++) + (hash >> 2));

}

return (hash & 0x7fffffff);

}

void insert(int hash){

//int value = hash%bitsize; ([0-3200]范围的值)

//int listindex = value / 32; (listindex为数组下标)

//int bitindex = value % 32; (某位)

int value = hash%bitsize;

int listindex = value / 32;

int bitindex = value % 32;

int temp = bit[listindex];

bit[listindex] = bit[listindex] & (1 << bitindex);

bit[listindex] = bit[listindex] | temp;

}

int serach(int hash){

int value = hash%bitsize;

int listindex = value / 32;

int bitindex = value % 32;

if (bit[listindex] | (1 << bitindex)){

return 1;

}

return 0;

}

int main () {

char str1[] = "abc123";

//在布隆过滤器中插入某值

insert(sdbmhash(str1));

insert(rshash(str1));

insert(jshash(str1));

//在布隆过滤器中判断某值是否存在

int i = 0;

i = i+serach(sdbmhash(str1));

i = i+serach(rshash(str1));

i = i+serach(jshash(str1));

if(i == 3){

printf("字符串：%s存在\n",str1);

}

return 0;

}

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持萬仟网。

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