高级数据结构的场景应用 – 面试真题探讨

大学一块做项目的基友开始秋招了,讨论了一些很有意思的题目,来进一步探讨和分析一下,有错误欢迎大家提出更正,更好的方案欢迎分享

亿级数据排序 – 堆、bitmap和trie

Q:设计一个亿级用户游戏的战斗力排行榜,前100名公示,100名之外只能看到自己排名

A: 前100名是topK问题,可使用bitmap算法(类似哈希,且数据重复时改用拉链法处理)、Trie树(遍历结果为字典序,计数器走100次,重复情况特殊处理记录)、容量为K的堆排序

其余情况是大规模数据排序问题,除bitmap和Trie树外,还可采用分治算法如多路归并排序、多路快速排序,每次处理一个内存块的数据,并将结果合并

看到自己排名需要对排序结果进行(key,val)查询。排序结束后扫描一遍结果建立map(key,val),key可选用用户id

多机中位数查找 – 桶排序

Q:数据分散在多台机器上,如何快速找到中位数?

A:把整数能表示的范围划分为X个区间,单机统计落入区间数字计数,总机从小到大进行区间加和,加到 $\scriptsize \lceil N/2 \rceil$ 落在的区间即为数字所在区间,并保存前一区间的累加和计数M。
求近似值可直接取区间中点。
求准确值则进行二轮扫描中位区间各数字计数,扫描结束后仍从小到大在M的基础上累加,直到累加结果 $\scriptsize \lceil N/2 \rceil$ 对应的数字为准确数字

例证 (仅作说明用,取较容易数字)

单机1 [1,2,3]
单机2 [1,1,9]
单机3 [-1,5,6]

①把数字范围[-3,9]划分为区间 [-3,0]、[1,4]、[5,9]

②各单机统计数字落桶,合并区间
[-3,0]:0(单机1)+0(单机2)+1(单机3)=1
[1,4]:3(单机1)+2(单机2)+0(单机3)=5
[5,9]:0(单机1)+1(单机2)+2(单机3)=3

③找中位数所在区间
第一个区间1个数字,保存第一个区间累计加和M=1
第二个区间5个数字,共1+5=6 > $\scriptsize \lceil 9/2 \rceil$ ,中位数在1-4之间

④找准确中位数
各单机扫描区间[1,4]内[1,2,3,4]各数的计数,结果为[3,1,1,0],M+3+1即为第 $\scriptsize \lceil N/2 \rceil$ 个数字,即中位数2

技能范围检测 – 四叉树

Q:一个技能是一个圆形范围,地图上有很多野怪,野怪可以移动,如何判断技能可以命中哪些野怪(默认主角和野怪都用坐标表示)

A:暴力计算 遍历每一个野怪计算两点距离公式,与技能半径作比较。每隔固定帧重复上述计算。

维护小顶堆 维护一个以距离建立的小顶堆同时保存距离值,初始将所有野怪都入堆。一一取出堆顶与技能半径作比较,直到堆顶元素大于技能半径结束,取出的元素做“减血”操作后重新入堆。每隔固定帧计算坐标发生变化的野怪并调整在堆中的位置,重复上述操作。

四叉树 将地图划分为四个区域,将子区域继续划分为四个子区域,直到叶子节点所代表的区域内野怪数量满足设定阈值停止划分,由此建立出一棵四叉树,并在区域中存储野怪信息。遍历四叉树节点,仅在主角技能范围与该节点所代表的区域有交界时,符合区域内的野怪使用上述暴力计算。每隔固定帧重复上述计算。

地图寻路算法 – A*

单词软件设计 – Trie树

Q:设计一个可以查询单词的软件

A:Trie树的单词末字符处保存地址,地址指向单词释义的内存地址,当然数据库也可以实现

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