实现一个基于多重哈希的布隆过滤器变种(支持动态扩容和位集压缩)
字数 632 2025-11-29 16:22:22

实现一个基于多重哈希的布隆过滤器变种(支持动态扩容和位集压缩)

题目描述:
设计一个支持动态扩容和位集压缩的布隆过滤器变种。该数据结构需要支持以下操作:

  • 添加元素
  • 查询元素是否存在
  • 动态扩容(当误判率超过阈值时自动扩容)
  • 位集压缩(定期压缩位数组以减少内存占用)

解题过程:

  1. 基础布隆过滤器原理

    • 布隆过滤器使用一个位数组和k个哈希函数
    • 添加元素时,通过k个哈希函数计算k个位置,将这些位置置为1
    • 查询元素时,检查k个位置是否都为1,如果都是1则认为可能存在,否则肯定不存在
  2. 多重哈希实现

    • 使用双重哈希法生成k个哈希值:hi = h1(x) + i × h2(x)
    • 这样可以减少哈希函数计算开销,同时保证哈希值的均匀分布
  3. 动态扩容策略

    • 维护当前位数组大小m和元素数量n
    • 计算当前误判率:p = (1 - e^(-kn/m))^k
    • 当误判率超过阈值(如0.05)时触发扩容
    • 新位数组大小为原来的2倍,重新哈希所有已存在元素
  4. 位集压缩实现

    • 使用位运算压缩技术,如WAH(Word-Aligned Hybrid)压缩
    • 将连续的0或1序列用特殊编码表示
    • 定期对位数组进行压缩以减少内存占用
  5. 具体实现步骤:

    • 初始化参数:初始大小m,哈希函数数量k,误判率阈值
    • 添加元素时先检查是否需要扩容
    • 使用双重哈希计算k个位置并置位
    • 查询时检查k个位置的状态
    • 定期执行位集压缩操作

这个设计在传统布隆过滤器基础上增加了自动扩容和内存优化功能,适合需要控制内存占用且数据量动态变化的场景。

实现一个基于多重哈希的布隆过滤器变种(支持动态扩容和位集压缩) 题目描述: 设计一个支持动态扩容和位集压缩的布隆过滤器变种。该数据结构需要支持以下操作: 添加元素 查询元素是否存在 动态扩容(当误判率超过阈值时自动扩容) 位集压缩(定期压缩位数组以减少内存占用) 解题过程: 基础布隆过滤器原理 布隆过滤器使用一个位数组和k个哈希函数 添加元素时,通过k个哈希函数计算k个位置,将这些位置置为1 查询元素时,检查k个位置是否都为1,如果都是1则认为可能存在,否则肯定不存在 多重哈希实现 使用双重哈希法生成k个哈希值:hi = h1(x) + i × h2(x) 这样可以减少哈希函数计算开销,同时保证哈希值的均匀分布 动态扩容策略 维护当前位数组大小m和元素数量n 计算当前误判率:p = (1 - e^(-kn/m))^k 当误判率超过阈值(如0.05)时触发扩容 新位数组大小为原来的2倍,重新哈希所有已存在元素 位集压缩实现 使用位运算压缩技术,如WAH(Word-Aligned Hybrid)压缩 将连续的0或1序列用特殊编码表示 定期对位数组进行压缩以减少内存占用 具体实现步骤: 初始化参数:初始大小m,哈希函数数量k,误判率阈值 添加元素时先检查是否需要扩容 使用双重哈希计算k个位置并置位 查询时检查k个位置的状态 定期执行位集压缩操作 这个设计在传统布隆过滤器基础上增加了自动扩容和内存优化功能,适合需要控制内存占用且数据量动态变化的场景。