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詳解如何在PHP中使用布隆過濾器

更新時間：2023年06月29日 16:50:32 作者：Student_Li

布隆過濾器（Bloom?Filter）是一種用于快速判斷一個元素是否屬于某個集合的概率型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本文主要為大家介紹一下如何在PHP中使用布隆過濾器，需要的可以參考一下

布隆過濾器（Bloom Filter）是一種用于快速判斷一個元素是否屬于某個集合的概率型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它基于哈希函數(shù)和位數(shù)組實現(xiàn)，可以高效地檢索一個元素是否存在，但不提供元素具體的存儲和獲取功能。

布隆過濾器原理

上面的思路其實就是布隆過濾器的思想，只不過因為 hash 函數(shù)的限制，多個字符串很可能會 hash 成一個值。為了解決這個問題，布隆過濾器引入多個 hash 函數(shù)來降低誤判率。

下圖表示有三個 hash 函數(shù)，比如一個集合中有 x，y，z 三個元素，分別用三個 hash 函數(shù)映射到二進(jìn)制序列的某些位上，假設(shè)我們判斷 w 是否在集合中，同樣用三個 hash 函數(shù)來映射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)取得的結(jié)果不全為 1，則表示 w 不在集合里面。

布隆過濾器處理流程

布隆過濾器應(yīng)用很廣泛，比如垃圾郵件過濾，爬蟲的 url 過濾，防止緩存擊穿等等。下面就來說說布隆過濾器的一個完整流程，相信讀者看到這里應(yīng)該能明白布隆過濾器是怎樣工作的。

第一步：開辟空間

開辟一個長度為 m 的位數(shù)組（或者稱二進(jìn)制向量），這個不同的語言有不同的實現(xiàn)方式，甚至你可以用文件來實現(xiàn)。

第二步：尋找 hash 函數(shù)

獲取幾個 hash 函數(shù)，前輩們已經(jīng)發(fā)明了很多運(yùn)行良好的 hash 函數(shù)，比如 BKDRHash，JSHash，RSHash 等等。這些 hash 函數(shù)我們直接獲取就可以了。

第三步：寫入數(shù)據(jù)

將所需要判斷的內(nèi)容經(jīng)過這些 hash 函數(shù)計算，得到幾個值，比如用 3 個 hash 函數(shù)，得到值分別是 1000，2000，3000。之后設(shè)置 m 位數(shù)組的第 1000，2000，3000 位的值位二進(jìn)制 1。

第四步：判斷

接下來就可以判斷一個新的內(nèi)容是不是在我們的集合中。判斷的流程和寫入的流程是一致的。

在PHP中如何使用

在PHP中，可以使用BloomFilter擴(kuò)展庫或自行實現(xiàn)布隆過濾器。下面我將介紹兩種方法。

1. 使用BloomFilter擴(kuò)展庫

PHP中有一些第三方擴(kuò)展庫提供了布隆過濾器的功能。其中比較常用的是phpbloomd擴(kuò)展，它提供了對布隆過濾器的支持。你可以按照該擴(kuò)展庫的文檔進(jìn)行安裝和使用。

示例代碼如下：

// 創(chuàng)建一個布隆過濾器
$filter = new BloomFilter();
// 向過濾器添加元素
$filter->add("element1");
$filter->add("element2");
$filter->add("element3");
// 檢查元素是否存在于過濾器中
if ($filter->has("element1")) {
    echo "Element 1 may exist.";
} else {
    echo "Element 1 does not exist.";
}

2. 自行實現(xiàn)布隆過濾器

如果你不想使用第三方擴(kuò)展庫，也可以自行實現(xiàn)布隆過濾器。下面是一個簡單的自實現(xiàn)布隆過濾器的示例代碼：

class BloomFilter {
    private $bitArray;
    private $hashFunctions;
    public function __construct($size, $numHashFunctions) {
        $this->bitArray = array_fill(0, $size, false);
        $this->hashFunctions = $numHashFunctions;
    }
    private function hash($value) {
        $hashes = [];
        $hash1 = crc32($value);
        $hash2 = fnv1a32($value);
        for ($i = 0; $i < $this->hashFunctions; $i++) {
            $hashes[] = ($hash1 + $i * $hash2) % count($this->bitArray);
        }
        return $hashes;
    }
    public function add($value) {
        $hashes = $this->hash($value);
        foreach ($hashes as $hash) {
            $this->bitArray[$hash] = true;
        }
    }
    public function has($value) {
        $hashes = $this->hash($value);
        foreach ($hashes as $hash) {
            if (!$this->bitArray[$hash]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}
// 創(chuàng)建一個布隆過濾器
$filter = new BloomFilter(100, 3);
// 向過濾器添加元素
$filter->add("element1");
$filter->add("element2");
$filter->add("element3");
// 檢查元素是否存在于過濾器中
if ($filter->has("element1")) {
    echo "Element 1 may exist.";
} else {
    echo "Element 1 does not exist.";
}

到此這篇關(guān)于詳解如何在PHP中使用布隆過濾器的文章就介紹到這了,更多相關(guān)PHP布隆過濾器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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