沒有多余的廢話,直接上方案吧!
方案一:
最笨的方案即:for * for,對應的時間復雜度為:O(n*n)
畫外音:比較笨的方法。
方案二:
有序 list 求交集,可以使用拉鏈法,即如下圖所示:

有序集合1:{1,3,5,7,8,9}
有序集合2:{2,3,4,5,6,7}
兩個指針指向首元素,比較元素的大小:
(1)如果相同,放入結果集,隨意移動一個指針;
(2)否則,移動值較小的一個指針,直到隊尾;
這種方法的好處是:
(1)集合中的元素最多被比較一次,時間復雜度為:O(n);
(2)多個有序集合可以同時進行,這適用於多個分詞的 item 求 url_id 交集;
這個方法就像一條拉鏈的兩邊齒輪,一一比對就像拉鏈,故稱為拉鏈法;
畫外音:倒排索引是提前初始化的,可以利用“有序”這個特性。
方案三:
數據量大時,【url_id 分桶水平切分 + 並行運算】 是一種常見的優化方法
如果能將 list1<url_id> 和 list2<url_id> 分成若干個桶區間,每個區間利用多線程並行求交集,各個線程結果集的並集,作為最終的結果集,能夠大大的減少執行時間。
舉例:
有序集合1:{1,3,5,7,8,9, 10,30,50,70,80,90}
有序集合2:{2,3,4,5,6,7, 20,30,40,50,60,70}
求交集,先進行分桶拆分:
桶1的范圍為 [1, 9]
桶2的范圍為 [10, 100]
桶3的范圍為 [101, max_int]
於是:
集合1就拆分成:
集合a:{1,3,5,7,8,9} 、集合b:{10,30,50,70,80,90} 、集合c:{}
集合2就拆分成:
集合d:{2,3,4,5,6,7} 、集合e:{20,30,40,50,60,70} 、集合f:{}
每個桶內的數據量大大降低了,並且每個桶內沒有重復元素,可以利用多線程並行計算:
桶1內的 集合a 和 集合d 的交集是:x{3,5,7}
桶2內的 集合b 和 集合e 的交集是:y{30, 50, 70}
桶3內的 集合c 和 集合d 的交集是:z{}
最終,集合1和集合2的交集,是x與y與z的並集,即集合{3,5,7,30,50,70}。
畫外音:多線程、水平切分都是常見的優化手段。
方案四:
bitmap 再次優化。
數據進行了水平分桶拆分之后,每個桶內的數據一定處於一個范圍之內,如果集合 符合這個特點,就可以使用 bitmap 來表示集合:
如上圖,假設 set1:{1,3,5,7,8,9} 和 set2:{2,3,4,5,6,7} 的所有元素都在桶值 [1, 16] 的范圍之內,可以用16個bit來描述這兩個集合
原集合中的元素 x,在這個 16 bitmap 中的第x個 bit 為 1,此時兩個 bitmap 求交集,只需要 將兩個bitmap進行“與”操作,結果集bitmap的 3,5,7 位是1,表明原集合的交集為:{3,5,7}。
水平分桶,bitmap優化之后,能極大提高求交集的效率,但時間復雜度仍舊是O(n)。bitmap需要大量連續空間,占用內存較大。
畫外音:bitmap能夠表示集合,用它求集合交集速度非常快。
方案五:
有序鏈表集合求交集,跳表是最常用的數據結構,它可以將有序集合求交集的復雜度由 O(n) 降至 接近O(log(n))
集合1:{1,2,3,4,20,21,22,23,50,60,70}
集合2:{50,70}
要求交集,如果用拉鏈法,會發現 1,2,3,4,20,21,22,23 都要被無效遍歷一次,每個元素都要被比對,時間復雜度為O(n),能不能 每次比對“跳過一些元素” 呢?
跳表就出現了:
集合1:{1,2,3,4,20,21,22,23,50,60,70} 建立跳表時,一級只有 {1,20,50} 三個元素,二級與普通鏈表相同。
集合2:{50,70} 由於元素較少,只建立了一級普通鏈表。
如此這般,在實施“拉鏈”求交集的過程中,set1 的指針能夠由 1 跳到 20 再跳到 50,中間能夠跳過很多元素,無需進行一一比對,跳表求交集的時間復雜度近似 O(log(n))
這是搜索引擎中常見的算法。
結語: