Java位集合之BitMap實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用詳解
一、引言
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，位圖（BitMap）是一種非常高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它使用位（bit）來(lái)表示數(shù)據(jù)。在Java中，位圖可以用于多種場(chǎng)景，如快速排序、快速去重、快速查找等。本文將詳細(xì)介紹Java中的位圖實(shí)現(xiàn)，包括其原理、應(yīng)用以及如何使用。
二、BitMap原理
1、BitMap簡(jiǎn)介
BitMap的基本思想是使用一個(gè)bit位來(lái)標(biāo)記某個(gè)元素對(duì)應(yīng)的值。由于采用bit為單位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因此在存儲(chǔ)空間方面可以大大節(jié)省。例如，在32位機(jī)器上，一個(gè)int類型的變量占用32個(gè)bit，而B(niǎo)itMap可以用這32個(gè)bit來(lái)表示0到31這32個(gè)整數(shù)的狀態(tài)。
2、BitMap存儲(chǔ)原理
在Java中，我們可以使用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)BitMap。例如，使用一個(gè)int數(shù)組，每個(gè)元素的32個(gè)bit分別表示一個(gè)整數(shù)是否存在。添加一個(gè)整數(shù)時(shí)，我們計(jì)算其在數(shù)組中的索引和在該元素中的bit位置，然后通過(guò)位運(yùn)算將其設(shè)置為1。查找時(shí)，同樣計(jì)算索引和位置，檢查對(duì)應(yīng)的bit是否為1。
三、BitMap實(shí)現(xiàn)
1、IntMap實(shí)現(xiàn)
IntMap是使用int數(shù)組實(shí)現(xiàn)的BitMap。以下是IntMap的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：
public class IntMap implements BitMap, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private final int[] ints;
public IntMap() {
this.ints = new int[93750000];
}
public IntMap(int size) {
this.ints = new int[size];
}
public void add(long i) {
int r = (int)(i / 32L);
int c = (int)(i % 32L);
this.ints[r] |= 1 << c;
}
public boolean contains(long i) {
int r = (int)(i / 32L);
int c = (int)(i % 32L);
return (this.ints[r] >>> c & 1) == 1;
}
public void remove(long i) {
int r = (int)(i / 32L);
int c = (int)(i % 32L);
this.ints[r] &= ~(1 << c);
}
}
2、LongMap實(shí)現(xiàn)
LongMap是使用long數(shù)組實(shí)現(xiàn)的BitMap，原理與IntMap類似，但是使用long類型，可以存儲(chǔ)更大的整數(shù)。
public class LongMap implements BitMap, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private final long[] longs;
public LongMap() {
this.longs = new long[93750000];
}
public LongMap(int size) {
this.longs = new long[size];
}
public void add(long i) {
int r = (int)(i / 64L);
long c = i % 64L;
this.longs[r] |= 1L << (int)c;
}
public boolean contains(long i) {
int r = (int)(i / 64L);
long c = i % 64L;
return (this.longs[r] >>> (int)c & 1L) == 1L;
}
public void remove(long i) {
int r = (int)(i / 64L);
long c = i % 64L;
this.longs[r] &= ~(1L << (int)c);
}
}
四、BitMap應(yīng)用
1、快速排序
原理：使用BitMap可以快速對(duì)一組整數(shù)進(jìn)行排序。首先，創(chuàng)建一個(gè)足夠大的BitMap，將每個(gè)整數(shù)的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置為1。然后，遍歷BitMap，將為1的位置對(duì)應(yīng)的整數(shù)輸出，即可得到排序后的整數(shù)序列。
示例：
假設(shè)我們有一組數(shù)字：4, 7, 2, 5, 3，我們想要對(duì)其進(jìn)行排序。我們可以創(chuàng)建一個(gè)BitMap，其中每個(gè)數(shù)字表示一個(gè)位，如果該數(shù)字在數(shù)組中出現(xiàn)，則將對(duì)應(yīng)的位設(shè)置為1。遍歷這個(gè)BitMap，輸出所有為1的位所表示的數(shù)字，即可得到排序后的結(jié)果。
public static void main(String[] args) {
int[] numbers = {4, 7, 2, 5, 3};
IntMap intMap = new IntMap();
for (int number : numbers) {
intMap.add(number);
}
for (int i = 0; i < intMap.ints.length; i++) {
for (int j = 0; j < 32; j++) {
if ((intMap.ints[i] >>> j & 1) == 1) {
System.out.print((i * 32 + j) + " ");
}
}
}
}
2、快速去重
原理：在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用BitMap來(lái)快速去除重復(fù)的整數(shù)。對(duì)于每個(gè)整數(shù)，計(jì)算其在BitMap中的位置，如果該位置已經(jīng)為1，則表示該整數(shù)已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)；如果為0，則將其設(shè)置為1，表示該整數(shù)是第一次出現(xiàn)。
示例：
假設(shè)我們有一組整數(shù)：3, 5, 3, 9, 5，我們想要去除重復(fù)的數(shù)字。我們可以使用BitMap來(lái)實(shí)現(xiàn)：
public static void main(String[] args) {
int[] numbers = {3, 5, 3, 9, 5};
IntMap intMap = new IntMap();
for (int number : numbers) {
if (!intMap.contains(number)) {
intMap.add(number);
}
}
for (int i = 0; i < intMap.ints.length; i++) {
for (int j = 0; j < 32; j++) {
if ((intMap.ints[i] >>> j & 1) == 1) {
System.out.print((i * 32 + j) + " ");
}
}
}
}
3、快速查找
原理：BitMap可以快速判斷一個(gè)整數(shù)是否存在于一個(gè)集合中。只需檢查該整數(shù)在BitMap中對(duì)應(yīng)的位置是否為1，即可知道該整數(shù)是否存在。
示例：
假設(shè)我們有一個(gè)集合{1, 2, 4, 8}，我們想要檢查數(shù)字5是否存在于這個(gè)集合中。我們可以使用BitMap來(lái)實(shí)現(xiàn)：
public static void main(String[] args) {
int[] numbers = {1, 2, 4, 8};
IntMap intMap = new IntMap();
for (int number : numbers) {
intMap.add(number);
}
System.out.println("Does the number 5 exist in the set? " + intMap.contains(5));
System.out.println("Does the number 4 exist in the set? " + intMap.contains(4));
}
五、總結(jié)
BitMap是一種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，特別適合于處理大量數(shù)據(jù)的快速排序、查找和去重等操作。在Java中，我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)組和位運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)BitMap，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間并提高性能。
參考文章：
相關(guān)文章
這篇文章主要介紹了Java 如何遍歷JsonObject對(duì)象？今天小編就為大家分享一篇Java遍歷JsonObject對(duì)象案例，希望對(duì)大家有所幫助吧2021-01-01
java中Filter過(guò)濾器處理中文亂碼的方法，需要的朋友可以參考一下2013-05-05
這篇文章主要介紹了詳解SpringBoot工程的三種搭建方式，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2019-11-11
Java BigDecimal和double示例及相關(guān)問(wèn)題解析
這篇文章主要介紹了Java BigDecimal和double示例及相關(guān)問(wèn)題解析,簡(jiǎn)單介紹了BigDecimal類的相關(guān)內(nèi)容，分享了兩則相關(guān)實(shí)例，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了分析，具有一定參考價(jià)值，需要的朋友可以了解下。2017-11-11
Java實(shí)現(xiàn)Fibonacci(斐波那契)取余的示例代碼
這篇文章主要介紹了Java實(shí)現(xiàn)Fibonacci取余的示例代碼，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2020-03-03
Java實(shí)現(xiàn)字符串轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行代碼的方法
今天小編就為大家分享一篇Java實(shí)現(xiàn)字符串轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行代碼的方法，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧2018-07-07
利用Kotlin + Spring Boot實(shí)現(xiàn)后端開(kāi)發(fā)
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于利用Kotlin + Spring Boot實(shí)現(xiàn)后端開(kāi)發(fā)的相關(guān)資料，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2018-11-11
使用idea開(kāi)發(fā)Servlet詳細(xì)圖文教程
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于使用idea開(kāi)發(fā)Servlet的相關(guān)資料,將idea添加servlet的過(guò)程其實(shí)非常簡(jiǎn)單,只需要按照以下幾個(gè)步驟即可完成,需要的朋友可以參考下2023-10-10
Java線程監(jiān)聽(tīng),意外退出線程后自動(dòng)重啟的實(shí)現(xiàn)方法
下面小編就為大家?guī)?lái)一篇Java線程監(jiān)聽(tīng),意外退出線程后自動(dòng)重啟的實(shí)現(xiàn)方法。小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的，現(xiàn)在就分享給大家，也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧2017-03-03
Java通過(guò)JNI 調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL操作
這篇文章主要介紹了Java通過(guò)JNI 調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL操作，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧2020-11-11