我有一台有1mb内存的电脑,没有其他本地存储。我必须使用它通过TCP连接接受100万个8位十进制数字,对它们进行排序,然后通过另一个TCP连接发送排序的列表。
数字列表可能包含重复的,我不能丢弃。代码将放在ROM中,所以我不需要从1 MB中减去我的代码的大小。我已经有了驱动以太网端口和处理TCP/IP连接的代码,它需要2 KB的状态数据,包括1 KB的缓冲区,代码将通过它读取和写入数据。这个问题有解决办法吗?
问答来源:
slashdot.org
cleaton.net
我有一台有1mb内存的电脑,没有其他本地存储。我必须使用它通过TCP连接接受100万个8位十进制数字,对它们进行排序,然后通过另一个TCP连接发送排序的列表。
数字列表可能包含重复的,我不能丢弃。代码将放在ROM中,所以我不需要从1 MB中减去我的代码的大小。我已经有了驱动以太网端口和处理TCP/IP连接的代码,它需要2 KB的状态数据,包括1 KB的缓冲区,代码将通过它读取和写入数据。这个问题有解决办法吗?
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当前回答
在接收流时执行这些步骤。
首先设置一些合理的块大小
伪代码思想:
The first step would be to find all the duplicates and stick them in a dictionary with its count and remove them. The third step would be to place number that exist in sequence of their algorithmic steps and place them in counters special dictionaries with the first number and their step like n, n+1..., n+2, 2n, 2n+1, 2n+2... Begin to compress in chunks some reasonable ranges of number like every 1000 or ever 10000 the remaining numbers that appear less often to repeat. Uncompress that range if a number is found and add it to the range and leave it uncompressed for a while longer. Otherwise just add that number to a byte[chunkSize]
在接收流时继续执行前4步。最后一步是,如果超出内存,则失败,或者在收集完所有数据后开始输出结果,即开始对范围进行排序,并按顺序输出结果,然后按需要解压缩的顺序解压结果,并在得到它们时对它们进行排序。
其他回答
在接收流时执行这些步骤。
首先设置一些合理的块大小
伪代码思想:
The first step would be to find all the duplicates and stick them in a dictionary with its count and remove them. The third step would be to place number that exist in sequence of their algorithmic steps and place them in counters special dictionaries with the first number and their step like n, n+1..., n+2, 2n, 2n+1, 2n+2... Begin to compress in chunks some reasonable ranges of number like every 1000 or ever 10000 the remaining numbers that appear less often to repeat. Uncompress that range if a number is found and add it to the range and leave it uncompressed for a while longer. Otherwise just add that number to a byte[chunkSize]
在接收流时继续执行前4步。最后一步是,如果超出内存,则失败,或者在收集完所有数据后开始输出结果,即开始对范围进行排序,并按顺序输出结果,然后按需要解压缩的顺序解压结果,并在得到它们时对它们进行排序。
我认为解决方案是结合视频编码的技术,即离散余弦变换。在数字视频中,不是将视频的亮度或颜色的变化记录为常规值,如110 112 115 116,而是从最后一个中减去每一个(类似于运行长度编码)。110 112 115 116变成110 2 3 1。这些值,2,3 1比原始值需要更少的比特。
So lets say we create a list of the input values as they arrive on the socket. We are storing in each element, not the value, but the offset of the one before it. We sort as we go, so the offsets are only going to be positive. But the offset could be 8 decimal digits wide which this fits in 3 bytes. Each element can't be 3 bytes, so we need to pack these. We could use the top bit of each byte as a "continue bit", indicating that the next byte is part of the number and the lower 7 bits of each byte need to be combined. zero is valid for duplicates.
当列表填满时,数字之间的距离应该越来越近,这意味着平均只有1个字节用于确定到下一个值的距离。7位值和1位偏移(如果方便的话),但可能存在一个“继续”值需要少于8位的最佳点。
总之,我做了一些实验。我使用随机数生成器,我可以将100万个排序过的8位十进制数字放入大约1279000字节。每个数字之间的平均间隔始终是99…
public class Test {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 1 million values
int[] values = new int[1000000];
// create random values up to 8 digits lrong
Random random = new Random();
for (int x=0;x<values.length;x++) {
values[x] = random.nextInt(100000000);
}
Arrays.sort(values);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
int av = 0;
writeCompact(baos, values[0]); // first value
for (int x=1;x<values.length;x++) {
int v = values[x] - values[x-1]; // difference
av += v;
System.out.println(values[x] + " diff " + v);
writeCompact(baos, v);
}
System.out.println("Average offset " + (av/values.length));
System.out.println("Fits in " + baos.toByteArray().length);
}
public static void writeCompact(OutputStream os, long value) throws IOException {
do {
int b = (int) value & 0x7f;
value = (value & 0x7fffffffffffffffl) >> 7;
os.write(value == 0 ? b : (b | 0x80));
} while (value != 0);
}
}
到目前为止,这里还没有提到一个相当狡猾的技巧。我们假设您没有额外的方法来存储数据,但严格来说这并不正确。
解决问题的一种方法是做以下可怕的事情,任何人在任何情况下都不应该尝试:使用网络流量存储数据。不,我指的不是NAS。
你可以用以下方法对只有几个字节内存的数字进行排序:
首先取两个变量:COUNTER和VALUE。 首先将所有寄存器设置为0; 每次你收到一个整数I,增加COUNTER并将VALUE设置为max(VALUE, I); 然后向路由器发送数据集为I的ICMP echo请求报文。擦掉I,重复。 每次收到返回的ICMP包时,只需提取整数并在另一个回显请求中再次发送出去。这将产生大量的ICMP请求,其中包含整数。
Once COUNTER reaches 1000000, you have all of the values stored in the incessant stream of ICMP requests, and VALUE now contains the maximum integer. Pick some threshold T >> 1000000. Set COUNTER to zero. Every time you receive an ICMP packet, increment COUNTER and send the contained integer I back out in another echo request, unless I=VALUE, in which case transmit it to the destination for the sorted integers. Once COUNTER=T, decrement VALUE by 1, reset COUNTER to zero and repeat. Once VALUE reaches zero you should have transmitted all integers in order from largest to smallest to the destination, and have only used about 47 bits of RAM for the two persistent variables (and whatever small amount you need for the temporary values).
我知道这很可怕,我知道可能会有各种各样的实际问题,但我想这可能会让你们中的一些人发笑,或者至少会吓到你们。
在所有可能的输入中,这个问题只有一个解决方案。作弊。
通过TCP读取m个值,其中m接近内存中可排序的最大值,可能是n/4。 对250,000(大约)个数字进行排序并输出。 重复做另外3个四分之三。 让接收方在处理时合并接收到的4个数字列表。(这并不比使用单个列表慢多少。)
下面是这类问题的一般解决方案:
一般程序
所采取的方法如下。该算法在一个32位字的缓冲区上操作。它在循环中执行以下过程:
We start with a buffer filled with compressed data from the last iteration. The buffer looks like this |compressed sorted|empty| Calculate the maximum amount of numbers that can be stored in this buffer, both compressed and uncompressed. Split the buffer into these two sections, beginning with the space for compressed data, ending with the uncompressed data. The buffer looks like |compressed sorted|empty|empty| Fill the uncompressed section with numbers to be sorted. The buffer looks like |compressed sorted|empty|uncompressed unsorted| Sort the new numbers with an in-place sort. The buffer looks like |compressed sorted|empty|uncompressed sorted| Right-align any already compressed data from the previous iteration in the compressed section. At this point the buffer is partitioned |empty|compressed sorted|uncompressed sorted| Perform a streaming decompression-recompression on the compressed section, merging in the sorted data in the uncompressed section. The old compressed section is consumed as the new compressed section grows. The buffer looks like |compressed sorted|empty|
执行此过程,直到所有数字都已排序。
压缩
当然,这种算法只有在知道实际要压缩什么之前,才有可能计算出新排序缓冲区的最终压缩大小。其次,压缩算法需要足够好来解决实际问题。
所使用的方法使用三个步骤。首先,算法将始终存储排序序列,因此我们可以只存储连续条目之间的差异。每个差值都在[0,99999999]的范围内。
这些差异随后被编码为一元比特流。这个流中的1表示“向累加器添加1,0表示“将累加器作为一个条目发出,并重置”。所以差N由N个1和1个0表示。
所有差异的和将接近算法支持的最大值,所有差异的计数将接近算法中插入的值的数量。这意味着我们期望流在最后包含最大值1和计数0。这允许我们计算流中0和1的期望概率。即,0的概率为count/(count+maxval), 1的概率为maxval/(count+maxval)。
我们使用这些概率来定义这个比特流上的算术编码模型。这个算术代码将在最佳空间中精确地编码1和0的数量。我们可以计算该模型对于任何中间位流所使用的空间:bits = encoded * log2(1 + amount / maxval) + maxval * log2(1 + maxval / amount)。若要计算算法所需的总空间,请将encoded设置为amount。
为了不需要大量的迭代,可以向缓冲区添加少量开销。这将确保算法将至少对适合这个开销的数量进行操作,因为到目前为止,算法最大的时间成本是每个周期的算术编码压缩和解压缩。
除此之外,在算术编码算法的定点近似中,存储簿记数据和处理轻微的不准确性是需要一些开销的,但总的来说,即使使用可以包含8000个数字的额外缓冲区,该算法也能够容纳1MiB的空间,总共1043916字节的空间。
最优
除了减少算法的开销外,理论上不可能得到更小的结果。为了仅仅包含最终结果的熵,1011717个字节是必要的。如果我们减去为提高效率而增加的额外缓冲区,该算法使用1011916字节来存储最终结果+开销。