a:基本思想
如果想判断一个元素是不是在一个集合里,一般想到的是将所有元素保存起来,然后通过比较确定。链表、树、散列表(又叫哈希表,Hash table)等等数据结构都是这种思路,。但是随着集合中元素的增加,我们需要的存储空间越来越大。同时检索速度也越来越慢,上述三种结构的检索时间复杂度分别为。
布隆过滤器的原理是,当一个元素被加入集合时,通过K个Hash函数将这个元素映射成一个位阵列(Bit array)中的K个点,把它们置为1。检索时,我们只要看看这些点是不是都是1就(大约)知道集合中有没有它了:如果这些点有任何一个0,则被检索元素一定不在;如果都是1,则被检索元素很可能在。这就是布隆过滤器的基本思想。
b:优点
相比于其它的数据结构,布隆过滤器在空间和时间方面都有巨大的优势。布隆过滤器存储空间和插入/查询时间都是常数()。另外, Hash函数相互之间没有关系,方便由硬件并行实现。布隆过滤器不需要存储元素本身,在某些对保密要求非常严格的场合有优势。
布隆过滤器可以表示全集,其它任何数据结构都不能;
和相同,使用同一组Hash函数的两个布隆过滤器的交并差运算可以使用位操作进行。
c:缺点
但是布隆过滤器的缺点和优点一样明显。误算率是其中之一。随着存入的元素数量增加,误算率随之增加。但是如果元素数量太少,则使用散列表足矣。
另外,一般情况下不能从布隆过滤器中删除元素. 我们很容易想到把位列阵变成整数数组,每插入一个元素相应的计数器加1, 这样删除元素时将计数器减掉就可以了。然而要保证安全的删除元素并非如此简单。首先我们必须保证删除的元素的确在布隆过滤器里面. 这一点单凭这个过滤器是无法保证的。另外计数器回绕也会造成问题。
2. 在网络爬虫中的应用
布隆过滤器的优劣主要与哈希函数的质量相关,而且哈希函数之间的相关度越小越好,每个哈希函数本身的计算过程不要太复杂,不然会影响效率。理想情况下是取k个完全不相关的哈希函数,在不是很严格情况下,也可以通过一个哈希函数的参数变化产生k个不同的哈希函数,比如将i(1≤i≤k)作为参数参与哈希函数的计算。
不同的应用场景,哈希函数的设计方法不同。在网络爬虫的设计中,一般采用MD5算法来构造哈希函数。把要过滤的地址哈希到一片很大的位地址空间。
1、把要过滤的地址哈希到一片很大的位地址空间,关键是把字符串的每一位字符根据一定的规则哈希到某个地址,并把内容设为True
2、当一个网址达到时,只需要根据同样的规则进行哈希到各个位,看是否每一位都为True,若是则说明这个地址是要过滤的,否则不是
如下图: