我的面试问题是这样的:

给定一个包含40亿个整数的输入文件,提供一种算法来生成一个文件中不包含的整数。假设您有1gb内存。如果你只有10mb的内存,你会怎么做。

我的分析:

文件大小为4×109×4 bytes = 16gb。

我们可以进行外部排序,从而知道整数的范围。

我的问题是,在已排序的大整数集中检测缺失整数的最佳方法是什么?

我的理解(看完所有答案后):

假设我们讨论的是32位整数,有232 = 4*109个不同的整数。

情况1:我们有1gb = 1 * 109 * 8位= 80亿位内存。

解决方案:

如果我们用一位表示一个不同的整数,这就足够了。我们不需要排序。

实现:

int radix = 8;
byte[] bitfield = new byte[0xffffffff/radix];
void F() throws FileNotFoundException{
    Scanner in = new Scanner(new FileReader("a.txt"));
    while(in.hasNextInt()){
        int n = in.nextInt();
        bitfield[n/radix] |= (1 << (n%radix));
    }

    for(int i = 0; i< bitfield.lenght; i++){
        for(int j =0; j<radix; j++){
            if( (bitfield[i] & (1<<j)) == 0) System.out.print(i*radix+j);
        }
    }
}

情形二:10mb内存= 10 * 106 * 8bits = 8000万bits

Solution: For all possible 16-bit prefixes, there are 216 number of integers = 65536, we need 216 * 4 * 8 = 2 million bits. We need build 65536 buckets. For each bucket, we need 4 bytes holding all possibilities because the worst case is all the 4 billion integers belong to the same bucket. Build the counter of each bucket through the first pass through the file. Scan the buckets, find the first one who has less than 65536 hit. Build new buckets whose high 16-bit prefixes are we found in step2 through second pass of the file Scan the buckets built in step3, find the first bucket which doesnt have a hit. The code is very similar to above one.

结论: 我们通过增加文件传递来减少内存。


为那些迟到的人澄清一下:这个问题,正如所问的,并不是说有一个整数没有包含在文件中——至少大多数人不是这么理解的。不过,评论线程中的许多评论都是关于任务的变化。不幸的是,把它引入评论线程的评论后来被它的作者删除了,所以现在看起来它的孤儿回复只是误解了一切。这很让人困惑,抱歉。


当前回答

检查输入文件的大小,然后输出任何过大而无法用该大小的文件表示的数字。这似乎是一个廉价的技巧,但它是一个创造性的解决面试问题的方法,它巧妙地避开了记忆问题,从技术上讲,它是O(n)。

void maxNum(ulong filesize)
{
    ulong bitcount = filesize * 8; //number of bits in file

    for (ulong i = 0; i < bitcount; i++)
    {
        Console.Write(9);
    }
}

应该打印10位计数- 1,这将永远大于2位计数。从技术上讲,你必须打败的数字是2 bitcount -(4 * 109 - 1),因为你知道文件中还有(40亿- 1)个其他整数,即使使用完美的压缩,它们也会占用至少1位。

其他回答

2128*1018 + 1(即(28)16*1018 + 1)——这难道不是今天的普遍答案吗?这表示一个不能保存在16eb文件中的数字,这是当前任何文件系统中的最大文件大小。

统计信息算法解决这个问题的次数比确定性方法少。

如果允许使用非常大的整数,则可以生成一个在O(1)时间内可能唯一的数字。像GUID这样的伪随机128位整数只会与集合中现有的40亿个整数中的一个发生碰撞,这种情况的概率不到640亿亿亿分之一。

If integers are limited to 32 bits then one can generate a number that is likely to be unique in a single pass using much less than 10 MB. The odds that a pseudo-random 32-bit integer will collide with one of the 4 billion existing integers is about 93% (4e9 / 2^32). The odds that 1000 pseudo-random integers will all collide is less than one in 12,000 billion billion billion (odds-of-one-collision ^ 1000). So if a program maintains a data structure containing 1000 pseudo-random candidates and iterates through the known integers, eliminating matches from the candidates, it is all but certain to find at least one integer that is not in the file.

检查输入文件的大小,然后输出任何过大而无法用该大小的文件表示的数字。这似乎是一个廉价的技巧,但它是一个创造性的解决面试问题的方法,它巧妙地避开了记忆问题,从技术上讲,它是O(n)。

void maxNum(ulong filesize)
{
    ulong bitcount = filesize * 8; //number of bits in file

    for (ulong i = 0; i < bitcount; i++)
    {
        Console.Write(9);
    }
}

应该打印10位计数- 1,这将永远大于2位计数。从技术上讲,你必须打败的数字是2 bitcount -(4 * 109 - 1),因为你知道文件中还有(40亿- 1)个其他整数,即使使用完美的压缩,它们也会占用至少1位。

我想出了下面的算法。

我的想法是:遍历整个整数文件一次,对每个位位置数0和1。0和1的数量必须是2^(numOfBits)/2,因此,如果数量比预期的少,我们可以使用我们的结果数。

例如,假设整数是32位,那么我们需要

int[] ones = new int[32];
int[] zeroes = new int[32];

对于每个数字,我们必须迭代32位,并增加0或1的值:

for(int i = 0; i < 32; i++){
   ones[i] += (val>>i&0x1); 
   zeroes[i] += (val>>i&0x1)==1?0:1;
}

最后,在文件处理后:

int res = 0;
for(int i = 0; i < 32; i++){
   if(ones[i] < (long)1<<31)res|=1<<i;
}
return res;

注意:在某些语言中(如Java) 1<<31是负数,因此,(长)1<<31是正确的方法

对于1gb RAM的变体,您可以使用位向量。你需要分配40亿比特== 500 MB字节数组。对于从输入中读取的每个数字,将相应的位设置为“1”。一旦你完成了,遍历比特,找到第一个仍然是“0”的比特。它的索引就是答案。