基于多个字段搜索大型数据集的有效方法答案

【问题标题】：Efficient way to search large data set based on several fields基于多个字段搜索大型数据集的有效方法
【发布时间】：2013-10-30 18:45:45
【问题描述】：

我想知道基于不同字段搜索大型数据集的最佳方法是什么。例如，Person 对象定义如下：

Person:
    first name
    last name
    phone numbers

我有 100k 个 Person 类型的对象，我想根据任何字段搜索特定的人？

我尝试使用不同的字段对数据集进行排序，以便可以在 O(logn) 时间内执行搜索操作，但我知道这不是正确的方法。

【问题讨论】：

你可以试试Boost.MultiIndex: "Boost Multi-index Containers Library 提供了一个名为 multi_index_container 的类模板，它可以构建维护一个或多个具有不同排序和访问语义的索引的容器"
感谢您的回复。我可以轻松使用这个库，但我想开发自己的解决方案。
你使用什么样的流程来构建你的结构？ insert_all->build_once->search 场景是否适合您的需求？ IE。你需要频繁插入/删除吗？
会批量插入，然后根据任何字段进行大量搜索。

标签： c++ algorithm sorting search

【解决方案1】：

对此没有一个答案，因为正确答案（很大程度上）取决于您对速度与额外存储的关心程度。

如果您想要绝对的最大速度，并且根本不关心使用额外的存储空间，是的，您可以创建三个数据副本，按每个字段排序，当输入搜索时，只需使用适当的一。这可能不像最初出现的那样糟糕。假设您的字符串平均每个大约 10 个字节，因此结构的总大小约为 30 个字节。其中 100'000 份大约为每个副本 3 兆字节，总计约 9 兆字节。有一次，这显然是令人望而却步的——但现在一台典型的机器现在至少有 8 GB 的 RAM，它并没有那么糟糕。

假设您排除了这一点，下一个最明显的可能性是在原始数据中建立索引——将原始数据放入一个数组中，然后为每个字段建立一个索引，其中索引中的每个条目都包含数据对于一个字段，以及指向主要数据的指针/下标。每个索引条目可以是 ~14 字节，因此每个索引大约是整体数据大小的一半。只有三个字段不会节省很多，但确实节省了一些 - 并且以非常最小的复杂性成本。有了更多字段，您将节省更多。

另一种可能性是将索引实现为哈希表。这里的主要优点是您可以避免重复存储日期。例如，如果您计算一个 16 位散列，每个存储桶有 2 个条目，则可以将一个索引存储在 ~512K 字节中。如果存储桶已满，但没有一个条目与您的输入匹配，则您重新散列并尝试另一个存储桶。继续前进，直到找到您的物品或找到一个空桶。

【讨论】：

+1 用于探索替代方案。为什么第二种情况下的索引条目约为 14 个字节？每个索引条目只需要一个指向数据的指针（4 或 8 个字节，取决于 32 或 64 位），并且每个索引都有一个单独的比较函数。它只是使用适当的比较函数调用binary_search。
@JimMischel：在第二种情况下，我想到的至少是一个包含“关键”数据副本的索引，以及指向相应记录的索引/指针。当然也有可能以正确的顺序拥有一组指针/索引——在速度和内存使用之间进行另一个权衡（更多的间接性通常会降低速度）。
感谢您的回复。因为，我已经完成了第一部分，我一定会尝试你的第二和第三个方法

【解决方案2】：

你可以试试Boost.MultiIndex:

Boost Multi-index Containers Library 提供了一个名为 multi_index_container 的类模板，它可以构建维护一个或多个具有不同排序和访问语义的索引的容器：

但是，如果您想亲自尝试，那么最简单的解决方案之一是：为所有数据使用一个容器，此外还维护多个具有适当索引的地图：

class Indixer
{
    vector<Record> values; // without specific order
    unordered_map<field_type1, Record*> index1; // Search: O(1) average
    unordered_map<field_type2, Record*> index2; // Search: O(1) average
    map<field_type3, Record*> index3; // Search: O(log N) worst case
public:
    // ...
};

您可以使用std::unordered_map 来获得 O(1) 平均访问权限。这是一个例子：

#include <initializer_list>
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <utility>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

struct Record
{
    string first_name, last_name;
};

class Indexer
{
    typedef vector<Record> Container;
    typedef Record *Handle;
    Container values;
    unordered_map<string, Handle> first_name_index, last_name_index;

public:
    Indexer(Container &&x) : values(move(x))
    {
        for(auto &x : values)
        {
            first_name_index[x.first_name] = &x;
            last_name_index[x.last_name] = &x;
        }
    }
    const Record &first_name(const string &x)
    {
        return *first_name_index[x];
    }
    const Record &last_name(const string &x)
    {
        return *last_name_index[x];
    }
};

int main()
{
    vector<Record> v = {{"F1", "L1"}, {"F2", "L2"}};
    Indexer x(move(v));

    cout << x.first_name("F1").last_name << endl;
    cout << x.first_name("F2").last_name << endl;

    cout << x.last_name("L1").first_name << endl;
    cout << x.last_name("L2").first_name << endl;
}

输出是：

L1
L2
F1
F2

Live Demo on Coliru

【讨论】：