引用原文: juejin.cn/post/684490…
布隆过滤器(Bloom Filter)本质上是由长度为 m 的位向量或位列表(仅包含 0 或 1 位值的列表)组成,最初所有的值均设置为 0,如下图所示。
为了将数据项添加到布隆过滤器中,我们会提供 K 个不同的哈希函数,并将结果位置上对应位的值置为 “1”。在前面所提到的哈希表中,我们使用的是单个哈希函数,因此只能输出单个索引值。而对于布隆过滤器来说,我们将使用多个哈希函数,这将会产生多个索引值。
如上图所示,当输入 “semlinker” 时,预设的 3 个哈希函数将输出 2、4、6,我们把相应位置 1。假设另一个输入 ”kakuqo“,哈希函数输出 3、4 和 7。你可能已经注意到,索引位 4 已经被先前的 “semlinker” 标记了。此时,我们已经使用 “semlinker” 和 ”kakuqo“ 两个输入值,填充了位向量。当前位向量的标记状态为:
当对值进行搜索时,与哈希表类似,我们将使用 3 个哈希函数对 ”搜索的值“ 进行哈希运算,并查看其生成的索引值。假设,当我们搜索 ”fullstack“ 时,3 个哈希函数输出的 3 个索引值分别是 2、3 和 7:
从上图可以看出,相应的索引位都被置为 1,这意味着我们可以说 ”fullstack“ 可能已经插入到集合中。事实上这是误报的情形,产生的原因是由于哈希碰撞导致的巧合而将不同的元素存储在相同的比特位上。幸运的是,布隆过滤器有一个可预测的误判率(FPP):
- n 是已经添加元素的数量;
- k 哈希的次数;
- m 布隆过滤器的长度(如比特数组的大小);
极端情况下,当布隆过滤器没有空闲空间时(满),每一次查询都会返回 true 。这也就意味着 m 的选择取决于期望预计添加元素的数量 n ,并且 m 需要远远大于 n 。
实际情况中,布隆过滤器的长度 m 可以根据给定的误判率(FFP)的和期望添加的元素个数 n 的通过如下公式计算: 了解完上述的内容之后,我们可以得出一个结论,当我们搜索一个值的时候,若该值经过 K 个哈希函数运算后的任何一个索引位为 ”0“,那么该值肯定不在集合中。但如果所有哈希索引值均为 ”1“,则只能说该搜索的值可能存在集合中。