关键字查找算法(转存留用)

现在有一批中等数量级(十万级)的数据,格式如下:

ID                    NameInfo
0                  北京市人民政府

1                  国家安全局

2                 上海市人民政府

3                 八达岭长城
.......               ................


现在要对此文件建立关键字索引。(例如:输入 国家,可以快速的找到  国家安全局  输入 人民 可以找到 北京市人民政府 和 上海市人民政府);
要求建立的索引结构所占用的空间相对最少,但是关键字查找速度要很快。
现在考虑使用 Trie树,但是Trie树太浪费空间了。
不知大家有没有好的算法。尽情讨论!!!

没理解错的话,应该是类似SQL查询中like子句的功能吧。




1、搞个词典库,把每个关键字编号;
40万关键字+编号,按4个汉字组词算,需要(4*2 + 4) * 40W = 4.8M空间。
搜索方式可以使用简单的二分查找(此时可以省去编号占用的空间);但考虑这个库实际使用压力较大,采用hash较好。
记得哪里说过,hash数据量应该是存储区大小的7x%;以后再靠加大存储区去减少碰撞,效果已经不明显了。
采用悲观点的值,用8M空间吧。

如果内存紧张,可以不使用hash,改成按关键词排序后二分查找;这样查询效率稍微低一些,但可以节约4.8M空间(hash本身额外占用的3.2M,加上可以用关键词本身的数组下标当作编号而节约的每词4字节共1.6M的空间)。


2、把NameInfo切分,然后分析切分出的关键词在不在词典库里;在就把它记为关键字。

类似这样:
a、NameInfo 北京市人民政府
b、分词,分解为 北京 市 人民 政府 或 北京市 人民 政府
c、查词典,确认 北京 人民 政府 为关键字,且编号分别为123456 345667 456667
(根据你的举例,每条记录大概有3~4个关键字;以后都按4个关键字算;这些关键词仅用于建索引,不必实际存储)



3、另开一个指针数组,数组下标对应关键字编号(这需要40W × 4 = 1.6M字节),指针指向包含对应关键字的记录ID列表。

记录ID的列表可以采用动态分配或内存池。因为有10W记录,所以ID最少需要3字节;为以后扩充计,以下按四字节计算。
假设每条记录都有4个关键字,那么将需要4倍于记录数的节点空间(即需要4*4*10W=1.6M字节);如果用单链表实现,则还需要额外的4个字节保存next指针,即一共3.2M空间。
(用数组可以比链表减少一半空间消耗,但插入删除比较慢)。

现在,内存中大概是这样:

词典区(8M):
[关键字1 编号1][关键字2 编号2][关键字3 编号3]……

索引区(1.6M+3.2M=4.8M)
关键字编号=数组下标;

指针指向一个链表,链表保存对应的记录ID(或指向此记录的指针)



记录区(10W × 单条记录大小,假设你的系统还允许占用5M内存,则单条记录不能大于50字节;考虑一个ID要4字节,要求NameInfo不能大于23个汉字)
记录区可以是一个简单数组,此时ID可省略。



所有这些一共需要17.8M空间;若词典改成排序数组,则只需13M空间。
注意记录区ID字段按4字节计,但实际在记录区可以直接用数组下标代替ID,可节约10W×4=0.4M空间;此外,关键字编号只需3字节,前面全部是按4字节算的,也可以压缩一下。

总之,根据自己需要裁剪后,上面这个方案可以压缩到仅占用11M字节甚至更少。



以下按最优性能方案计算

插入效率:
需要若干次O(1)的hash查询(看分词算法的好坏了),以把分词结果对应到关键字编码上;然后建索引需要4次数组访问和4次链表插入操作(复杂度都是O(1))。

查询效率:
需要一次O(1)的hash查询,以把用户输入的关键词对应到编码上;然后拿这个编码当下标访问数组,取得查询结果链表;再根据链表记载把所有合适记录打印出来。

总的来说,插入、查询效率都是O(1);很容易扩充出删除操作(好像没这需求吧),且删除效率也是O(1)。


注意这个算法是个完全内存算法,它的响应速度是微秒甚至纳秒级;所以不必担心用二分法查找代替hash后会导致太大的性能损失。


如果将其改成完全磁盘算法(此时当然就不需要担心空间消耗了),即使考虑干扰因素,速度仍然可以保持在十几到几百毫秒的级别上。
——每秒显示25帧,人眼看起来就是连续动画,此时每帧就要滞留1000/25=40毫秒;200毫秒的延迟也不过是5个动画帧而已,一般用户感觉不到任何延迟。

当然,如果有外存的话,考虑40万关键字肯定不会用全、10W记录也不一定每一条都会访问到;那么最好的做法还是搞个cache,做成半内存算法:这样一方面不需要占用太多内存,同时还可以在大部分情况下保持微秒级响应速度。
(当然,如果用外存,还是直接用一些轻量级数据库更方便)

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