节省空间的内存结构,用于支持前缀搜索的排序文本

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我有一个问题:我需要根据文件路径前缀节省空间的文件系统数据查找。换句话说,前缀搜索已排序的文本。你说,使用trie,我也想到了同样的事情。麻烦的是,尝试不够节省空间,没有其他技巧。

我有相当数量的数据:

  • 在磁盘上以纯文本Unix格式列出大约450M
  • 大约800万行
  • gzip默认压缩到31M
  • bzip2默认压缩到21M

我不想在内存中接近450M的任何地方吃东西。在这一点上,我很乐意在大约100M左右使用,因为前缀形式有很多冗余。

我正在使用C#来完成这项工作,并且直接实现trie仍然需要为文件中的每一行提供一个叶子节点。假定每个叶子节点都需要对最后一个文本块进行某种引用(32位,比如一个字符串数据索引的索引,以最小化字符串重复),并且CLR对象开销是8个字节(使用windbg / SOS验证) ,我将花费> 96,000,000字节的结构开销,根本没有文本存储。

让我们看一下数据的一些统计属性。当塞进一个特里:

  • 文字总数独特的“块”约110万
  • 文本文件中磁盘上大约16M的唯一块总数
  • 平均块长度为5.5个字符,最大值为136
  • 当没有考虑重复时,总共大约5200万个字符
  • 内部trie节点平均约6.5个孩子,最多44个
  • 约1.8M内部节点。

叶片产生的过剩率约为15%,多余的内部节点产生率为22% - 过量创建,我的意思是在构造期间创建的叶子和内部节点,但不是在最终的trie中,作为每种类型的最终节点数的一部分。

这是来自SOS的堆分析,指示使用最多内存的位置:

 [MT    ]--[Count]----[   Size]-[Class                                          ]
 03563150       11         1584 System.Collections.Hashtable+bucket[]
 03561630       24         4636 System.Char[]
 03563470        8         6000 System.Byte[]
 00193558      425        74788      Free
 00984ac8    14457       462624 MiniList`1+<GetEnumerator>d__0[[StringTrie+Node]]
 03562b9c        6     11573372 System.Int32[]
*009835a0  1456066     23297056 StringTrie+InteriorNode
 035576dc        1     46292000 Dictionary`2+Entry[[String],[Int32]][]
*035341d0  1456085     69730164 System.Object[]
*03560a00  1747257     80435032 System.String
*00983a54  8052746     96632952 StringTrie+LeafNode

Dictionary<string,int>用于将字符串块映射到List<string>索引,并且可以在构造之后丢弃,尽管GC似乎没有删除它(在此转储之前完成了几个显式集合) - SOS中的!gcroot没有没有任何根,但我预计后来的GC会释放它。

MiniList<T>List<T>的替代品,使用精确尺寸(即线性生长,O(n^2)添加性能)T[]来避免空间浪费;它是一种值类型,由InteriorNode用于跟踪儿童。这个T[]被添加到System.Object[]堆。

因此,如果我把“有趣”的项目(用*标记),我得到大约270M,这比磁盘上的原始文本更好,但仍然不够接近我的目标。我认为.NET对象开销过多,并创建了一个新的“苗条”trie,只使用值类型数组来存储数据:

class SlimTrie
{
    byte[] _stringData; // UTF8-encoded, 7-bit-encoded-length prefixed string data

    // indexed by _interiorChildIndex[n].._interiorChildIndex[n]+_interiorChildCount[n]
    // Indexes interior_node_index if negative (bitwise complement),
    // leaf_node_group if positive.
    int[] _interiorChildren;

    // The interior_node_index group - all arrays use same index.
    byte[] _interiorChildCount;
    int[] _interiorChildIndex; // indexes _interiorChildren
    int[] _interiorChunk; // indexes _stringData

    // The leaf_node_index group.
    int[] _leafNodes; // indexes _stringData

    // ...
}

这种结构使数据量减少到139M,并且仍然是只读操作的有效可遍历的trie。而且因为它非常简单,我可以将其保存到磁盘并恢复它以避免每次重新创建trie的成本。

那么,对于前缀搜索比trie更有效的结构的任何建议?我应该考虑的替代方法?

c# .net algorithm prefix trie
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由于只有110万个块,您可以使用24位而不是32位来索引块,并在那里节省空间。

你也可以压缩块。也许Huffman coding是一个不错的选择。我还会尝试以下策略:您应该编码字符转换,而不是使用字符作为符号进行编码。因此,不要查看角色出现的概率,而是查看Markov chain中状态为当前角色的过渡概率。


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你可以找到一个与你的问题相关的科学论文here(作者的引用:“实验表明,我们的索引支持空间占用内的快速查询,通过gzip,bzip或ppmdi压缩字典字典,可以实现快速查询。” - 但不幸的是,报纸只是付款)。我不确定这些想法有多难实现。本文的作者有一个website,你可以在其中找到各种压缩索引算法的实现(在“索引集合”下)。

如果你想继续你的方法,请务必查看有关Crit-bit treesRadix tree的网站。


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离题的想法:而不是一个哈希表。你在内存中只有哈希和字符串数据,也许是压缩的。

或者你能读一页吗?只有内存中的散列和文件位置,使用与该散列匹配的行检索“页面”,可能是有序行数较少,因此在发生冲突时可以非常快速地进行搜索。

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