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c# - 解析 1 TB 的文本并有效地计算每个单词的出现次数

coder 2023-07-08 原文

最近我遇到一个面试问题,要用任何语言创建一个算法,它应该执行以下操作

  1. 阅读 1 TB 的内容
  2. 对该内容中每个重复出现的单词进行计数
  3. 列出前 10 个最常出现的词

你能告诉我为此创建算法的最佳方法吗?

编辑:

好的,假设内容是英文的。我们如何找到该内容中出现频率最高的前 10 个词?我的另一个疑问是,如果他们故意提供唯一数据,那么我们的缓冲区将因堆大小溢出而过期。我们也需要处理这个问题。

最佳答案

面试答案

这项任务既有趣又不太复杂,因此是开始良好技术讨论的好方法。我处理这项任务的计划是:

  1. 将输入数据拆分为单词,使用空格和标点符号作为分隔符
  2. 将找到的每个单词输入 Trie结构,在代表单词最后一个字母的节点中更新计数器
  3. 遍历完全填充的树以找到计数最高的节点

在采访的背景下......我会展示 Trie 的想法在木板或纸上画树。从空开始,然后基于包含至少一个重复单词的单个句子构建树。说“猫能捉老鼠”。最后展示如何遍历树以找到最高计数。然后,我将证明这棵树如何提供良好的内存使用率、良好的单词查找速度(尤其是在许多单词相互派生的自然语言的情况下),并且适用于并行处理。

在黑板上画画

演示

下面的 C# 程序在 4 核 xeon W3520 上在 75 秒内处理了 2GB 的文本,最多使用 8 个线程。性能约为每秒 430 万个单词,输入解析代码未达最佳水平。随着Trie structure为了存储单词,在处理自然语言输入时内存不是问题。

注意事项:

  • Gutenberg project 获得的测试文本
  • 输入解析代码假定换行符并且是次优的
  • 标点符号和其他非词的去除做得不是很好
  • 处理一个大文件而不是几个较小的文件需要少量代码来开始读取文件内指定偏移量之间的线程。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections.Concurrent;
using System.IO;
using System.Threading;

namespace WordCount
{
    class MainClass
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Counting words...");
            DateTime start_at = DateTime.Now;
            TrieNode root = new TrieNode(null, '?');
            Dictionary<DataReader, Thread> readers = new Dictionary<DataReader, Thread>();

            if (args.Length == 0)
            {
                args = new string[] { "war-and-peace.txt", "ulysees.txt", "les-miserables.txt", "the-republic.txt",
                                      "war-and-peace.txt", "ulysees.txt", "les-miserables.txt", "the-republic.txt" };
            }

            if (args.Length > 0)
            {
                foreach (string path in args)
                {
                    DataReader new_reader = new DataReader(path, ref root);
                    Thread new_thread = new Thread(new_reader.ThreadRun);
                    readers.Add(new_reader, new_thread);
                    new_thread.Start();
                }
            }

            foreach (Thread t in readers.Values) t.Join();

            DateTime stop_at = DateTime.Now;
            Console.WriteLine("Input data processed in {0} secs", new TimeSpan(stop_at.Ticks - start_at.Ticks).TotalSeconds);
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("Most commonly found words:");

            List<TrieNode> top10_nodes = new List<TrieNode> { root, root, root, root, root, root, root, root, root, root };
            int distinct_word_count = 0;
            int total_word_count = 0;
            root.GetTopCounts(ref top10_nodes, ref distinct_word_count, ref total_word_count);
            top10_nodes.Reverse();
            foreach (TrieNode node in top10_nodes)
            {
                Console.WriteLine("{0} - {1} times", node.ToString(), node.m_word_count);
            }

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("{0} words counted", total_word_count);
            Console.WriteLine("{0} distinct words found", distinct_word_count);
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("done.");
        }
    }

    #region Input data reader

    public class DataReader
    {
        static int LOOP_COUNT = 1;
        private TrieNode m_root;
        private string m_path;        

        public DataReader(string path, ref TrieNode root)
        {
            m_root = root;
            m_path = path;
        }

        public void ThreadRun()
        {
            for (int i = 0; i < LOOP_COUNT; i++) // fake large data set buy parsing smaller file multiple times
            {
                using (FileStream fstream = new FileStream(m_path, FileMode.Open, FileAccess.Read))
                {
                    using (StreamReader sreader = new StreamReader(fstream))
                    {
                        string line;
                        while ((line = sreader.ReadLine()) != null)
                        {
                            string[] chunks = line.Split(null);
                            foreach (string chunk in chunks)
                            {
                                m_root.AddWord(chunk.Trim());
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    #endregion

    #region TRIE implementation

    public class TrieNode : IComparable<TrieNode>
    {
        private char m_char;
        public int m_word_count;
        private TrieNode m_parent = null;
        private ConcurrentDictionary<char, TrieNode> m_children = null;

        public TrieNode(TrieNode parent, char c)
        {
            m_char = c;
            m_word_count = 0;
            m_parent = parent;
            m_children = new ConcurrentDictionary<char, TrieNode>();            
        }

        public void AddWord(string word, int index = 0)
        {
            if (index < word.Length)
            {
                char key = word[index];
                if (char.IsLetter(key)) // should do that during parsing but we're just playing here! right?
                {
                    if (!m_children.ContainsKey(key))
                    {
                        m_children.TryAdd(key, new TrieNode(this, key));
                    }
                    m_children[key].AddWord(word, index + 1);
                }
                else
                {
                    // not a letter! retry with next char
                    AddWord(word, index + 1);
                }
            }
            else
            {
                if (m_parent != null) // empty words should never be counted
                {
                    lock (this)
                    {
                        m_word_count++;                        
                    }
                }
            }
        }

        public int GetCount(string word, int index = 0)
        {
            if (index < word.Length)
            {
                char key = word[index];
                if (!m_children.ContainsKey(key))
                {
                    return -1;
                }
                return m_children[key].GetCount(word, index + 1);
            }
            else
            {
                return m_word_count;
            }
        }

        public void GetTopCounts(ref List<TrieNode> most_counted, ref int distinct_word_count, ref int total_word_count)
        {
            if (m_word_count > 0)
            {
                distinct_word_count++;
                total_word_count += m_word_count;
            }
            if (m_word_count > most_counted[0].m_word_count)
            {
                most_counted[0] = this;
                most_counted.Sort();
            }
            foreach (char key in m_children.Keys)
            {
                m_children[key].GetTopCounts(ref most_counted, ref distinct_word_count, ref total_word_count);
            }
        }

        public override string ToString()
        {
            if (m_parent == null) return "";
            else return m_parent.ToString() + m_char;
        }

        public int CompareTo(TrieNode other)
        {
            return this.m_word_count.CompareTo(other.m_word_count);
        }
    }

    #endregion
}

这里是跨 8 个线程处理相同的 20MB 文本 100 次的输出。

Counting words...
Input data processed in 75.2879952 secs

Most commonly found words:
the - 19364400 times
of - 10629600 times
and - 10057400 times
to - 8121200 times
a - 6673600 times
in - 5539000 times
he - 4113600 times
that - 3998000 times
was - 3715400 times
his - 3623200 times

323618000 words counted
60896 distinct words found

关于c# - 解析 1 TB 的文本并有效地计算每个单词的出现次数,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/12190326/

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