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布隆过滤器原理

时间:2019-02-03 10:52:15

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布隆过滤器原理

布隆过滤器是一种概率型数据结构,特点是高效地插入和查询,可以用来告诉你 “某样东西一定不存在或者可能存在”.

相比于传统的 List、Set、Map 等数据结构,布隆过滤器是一个bit数组, 它更高效、占用空间更少,但是缺点是其返回的结果是概率性的,而不是确切的。

如果我们要映射一个值到布隆过滤器中,我们需要使用多个不同的哈希函数生成多个哈希值,并对每个生成的哈希值指向的 bit 位置 1,例如针对值 “zhangsan” 和三个不同的哈希函数分别生成了哈希值 1、4、7

我们现在再存一个值 “lisi”,如果哈希函数返回 4、5、8 的话,图继续变为:

当我们想要判断布隆过滤器是否记录了某个数据时,布隆过滤器会先对该数据进行同样的哈希处理, 比如 “wangwu”的哈希函数返回了 2、5、8三个值,结果我们发现 2 这个 bit 位上的值为 0,说明没有任何一个值映射到这个 bit 位上,因此我们可以很确定地说 “wangwu” 这个数据不存在。

但是同时我们会发现,4 这个 bit 位由于”zhangsan”和”lisi”的哈希函数都返回了这个 bit 位,因此它被覆盖了。那么随着布隆过滤器保存的数据不断增多, 重复的概率就会不断增大, 所以当我们过滤某个数据时, 如果发现其三个哈希值都在过滤器中进行了记录, 那么也只能说明过滤器中可能包含了该数据, 并不能绝对肯定, 因为可能是其他数据的哈希值对结果产生了影响.这也就解释了上文所说的 布隆过滤器只能说明“某样东西一定不存在或者可能存在”.至于为什么采用三种不同的哈希函数取值, 因为三个哈希值只要有一个不存在就说明数据一定不在过滤器中, 这样做是可以减小因哈希碰撞(两个数据的哈希值相同)产生的错误概率.

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