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高效的核外排序

algorithm

我正在尝试找出如何有效排序内存中不适合的巨大数据集的方法。高层的明显答案是使用某种标准算法对一堆适合内存的大块进行排序,将它们写到磁盘上,然后合并它们。合并它们是问题。

假设数据分为C个块,所以我要合并C个文件。如果我一次执行一次C路合并,那么从技术上讲我有一个O(N ^
2)算法,尽管只需要执行O(N)个算法就可以写入磁盘。如果我将它们迭代合并到C / 2文件中,然后合并到C / 4文件中,依此类推。那么我有一个O(N
log N)算法,但是必须执行O(N log N)的算法会写入磁盘,因此具有一个 巨大的 固定期限。

解决这个难题的典型解决方案是什么?有没有好的?


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2020-07-28

共1个答案

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简单的答案是,这个问题没有简单的答案。答案很多,其中大多数都相当复杂-Knuth第3卷(例如一个例子)为此花了大量篇幅。

仔细查看已完成的操作时,显而易见的一件事是,您 真的
想最大程度地减少在初始排序过程中创建的运行次数,并最大化每次运行的时间。为此,您通常希望读入尽可能多的数据以放入内存,但您不希望仅将其排序并写出来,而是要将其放入堆中。然后,当您写出每条记录时,您将读入另一条记录。

然后,您检查该记录是在刚刚写出的记录之前还是之后进行排序。如果要对其进行排序,请将其插入到堆中,然后继续。如果之前可以排序,则将其插入第二个堆。

当第一个堆完全为空,而第二个堆占用了所有内存时,您就停止向当前运行添加记录。此时,您将重复此过程,将新运行写入新文件。

在初始阶段,这通常会产生更长的中间运行时间,因此合并它们的工作量大大减少。假设输入记录是随机的,则可以预期这将使每次运行的长度大约增加一倍-
但是,即使对输入进行了部分排序,这也可以利用现有的顺序来延长运行长度。

顺便说一句,我当然没有发明它-我可能首先在Knuth中读过它,但是也许在 算法+数据结构=程序 (Niklaus
Wirth)中-都对此进行了讨论。克努斯(Knuth)在1954年在麻省理工学院(MIT)的硕士论文中首次将该方法归功于“ H.苏厄德(H.
Seward)”。如果您有克努斯(Knuth)的第二版,请参阅第3卷254页。我没有第三版的副本版,所以我没有相应的页码。

2020-07-28