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
由于ROM大小不计算,因此除了TCP缓冲区外,不需要任何额外的RAM。只需要实现一个大的有限状态机。每个状态表示读入的多组数字。在读取了一百万个数字之后,只需打印出与所达到的状态相对应的数字。
其他回答
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。
你最多要数到99,999,999,并在沿途标明1,000,000个站点。因此,可以使用位流进行解释,即1表示递增计数器,0表示输出数字。如果流中的前8位是00110010,到目前为止我们将有0,0,2,2,3。
Log (99,999,999 + 1,000,000) / Log(2) = 26.59。你的内存中有2^28位。你只需要用一半!
If the numbers are evenly distributed we can use Counting sort. We should keep the number of times that each number is repeated in an array. Available space is: 1 MB - 3 KB = 1045504 B or 8364032 bits Number of bits per number= 8364032/1000000 = 8 Therefore, we can store the number of times each number is repeated to the maximum of 2^8-1=255. Using this approach we have an extra 364032 bits unused that can be used to handle cases where a number is repeated more than 255 times. For example we can say a number 255 indicates a repetition greater than or equal to 255. In this case we should store a sequence of numbers+repetitions. We can handle 7745 special cases as shown bellow:
364032/(表示每个数字所需的位数+表示100万所需的位数)= 364032 / (27+20)=7745
如果数字的范围是有限的(只能有2个8位数,或者只有10个不同的8位数),那么你可以编写一个优化的排序算法。但如果你想对所有可能的8位数进行排序,这在内存那么少的情况下是不可能的。
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。