如何实现高性能集合操作(intersect)

交集、并集、差集是集合操作中经常遇见的需求,本文分享一种基于hash的标记算法来实现高性能的合集操作
本文以交集(intersect)实现为例,实现一个可运行算法demo。

传统思维

当遇见2-n个集合需要进行交集操作时,线性思维会让我想到循环比较。比如三个集合相交

[1,2,3,4] ∩ [1,2,3,4] ∩ [1,2,3,4]

为了求出结果,我会

for(集合1){
  for(集合2 ,集合3,...){
    对比相同
  }
}

经过20次循环后,终于算出交集是[1,2,3,4]

2(匹配1) + 4(匹配2) + 6(匹配3) + 8(匹配4)

循环算法简单易实现,直到集合数量级达到下面的程度


如何实现高性能集合操作(intersect)_第1张图片
200个集合,每个集合2000个数字

之所以没有使用更大的集合来测试是因为,再多2个0你就得盯着控制台看一天 。囧rz

可以看到在200*2000数量级下求交集一共

  • 循环了398,199,000次
  • 消耗了1250ms(不考虑多次执行优化)

∑M*n => 199(2000+1)1000

当然,在某些场景下可以进行优化(见本文末尾内容),但算法结构决定了这个结果。

标靶算法

先来看看Hash算法结果,加大测试量

如何实现高性能集合操作(intersect)_第2张图片
新算法结果

可以看到在200*200000数量级下求交集一共

  • 循环了40,000,000次
  • 消耗了1192ms(不考虑多次执行优化)

M*N

从循环次数可以看出来,标记算法在 全交集 场景时最多 【每个元素遍历一次 】,而这就是标记算法的核心 —— 降维处理。

算法描述

要进行降维处理,首先要确定交集标靶(见本文算法优化章节第一条)映射Map,然后就可以顺序循环所有元素(而非集合)一次,发现相同标靶时把映射Map中对应标靶的计数+1(同一个集合内相同标靶不要加),完成所有元素遍历后核对映射Map中标靶计数与集合数量相同的则为相交元素。

代码在此不进行展示,需要查看可以直接查看 func.js源码

效果对比

与同类库Lodash对比,如下

如何实现高性能集合操作(intersect)_第3张图片
Lodash

如何实现高性能集合操作(intersect)_第4张图片
Func.js

算法优化

在实际业务中求交集时会有多种场景,比如集合内元素数量不定、类型不定等。通常可以分为两类:

  • 全交集 - 就像本文图中所讲示例,所有集合中的所有元素全部相同。这种场景下优化手段有限
  • 部分交集 - 一种是集合长度相同,但是元素内容不同的场景;还有集合长度不同,元素内容也不同的场景;
    针对

对于部分交集场景可以有如下优化手段

  1. 按集合长度排序并以最短集合内容为交集标靶,比如
    [1,2] ∩ [1,3,4] ∩ [1,2,3,4]
    
    就可以提前确定最多可相交元素只有[1,2]。
  2. 以标靶检索后续每个集合时,如果已经中靶 —— 比如 [1,2,3,4] 集合中1,2已经被找到时就可以中断后续检索了
  3. 如果标靶在第二个集合中不存在,那么也没必要继续检索后续集合 —— 比如2在 [1,3,4] 中不存在就已经确定无法相交,可以中断

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