如何在C#中使用二叉樹實時計算海量用戶積分排名

本篇內(nèi)容主要講解“如何在C#中使用二叉樹實時計算海量用戶積分排名”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“如何在C#中使用二叉樹實時計算海量用戶積分排名”吧!

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思路解析

關于算法核心思想前面的文章中寫的很詳細，我不再重復描述，這里只用一個具體示例演示這個過程。假設積分范圍是0-5，我們對它不斷進行中位分區(qū)直到不能分為止，形成如下一棵二叉樹：

其中每個樹節(jié)點包含2個信息：節(jié)點范圍range[min，max) 和命中數(shù)量計數(shù)器count ，可以看到葉子節(jié)點的range一定是相鄰的2個數(shù)。

假如現(xiàn)在有一個積分3要插入到樹中，該如何操作呢？當前節(jié)點從根節(jié)點開始，分別判斷是否包含于左右子節(jié)點，如果包含的話當前節(jié)點改為這個子節(jié)點，同時計數(shù)器加1，然后再次進行相同判斷，直到遍歷到葉子節(jié)點為止，遍歷順序如下：

再依次插入1和4，二叉樹的演變情況為：

數(shù)據(jù)放進去后怎么判斷它是排名多少呢？還是從根節(jié)點開始，判斷它是否包含于左子節(jié)點，如果包含的話說明它比右子節(jié)點中count個數(shù)?。ㄔ赾ount名之外），然后再往下一級做同樣的判斷；如果包含于右子節(jié)點那就繼續(xù)往下判斷，直到碰到葉子節(jié)點為止。依次累加count最后加上葉子節(jié)點占的一位就得到了它在這棵樹里的排名，以1為例演示判斷步驟（排名為2+1=3）：

好了，一切就緒，只欠代碼。

擼碼實現(xiàn)

樹結(jié)構(gòu)由節(jié)點構(gòu)成，那首先設計一個節(jié)點類：

/// <summary>  /// 樹節(jié)點對象  /// </summary>  public class TreeNode  {    /// <summary>    /// 節(jié)點的最小值    /// </summary>    public int ValueFrom { get; set; }    /// <summary>    /// 節(jié)點的最大值    /// </summary>    public int ValueTo { get; set; }    /// <summary>    /// 在節(jié)點范圍內(nèi)的數(shù)量    /// </summary>    public int Count { get; set; }    /// <summary>    /// 節(jié)點高度（樹的層級）    /// </summary>    public int Height { get; set; }    /// <summary>    /// 父節(jié)點    /// </summary>    public TreeNode Parent { get; set; }    /// <summary>    /// 左子節(jié)點    /// </summary>    public TreeNode LeftChildNode { get; set; }    /// <summary>    /// 右子節(jié)點    /// </summary>    public TreeNode RightChildNode { get; set; }  }
樹節(jié)點的屬性主要包含范圍值ValueFrom、ValueTo、計數(shù)器Count、左子節(jié)點LeftChildNode和右子節(jié)點RightChildNode，由此組成一個有層次的樹結(jié)構(gòu)。然后就是定義我們的樹對象了，它的核心字段就是代表源頭的根節(jié)點：
public class RankBinaryTree  {    /// <summary>    /// 根節(jié)點    /// </summary>    private TreeNode _root;  }
根據(jù)前面的算法思想，創(chuàng)建樹的時候要用積分范圍初始化所有節(jié)點，這里約定了最小積分為0，通過構(gòu)造函數(shù)傳入最大值并創(chuàng)建樹結(jié)構(gòu)：
/// <summary>    /// 構(gòu)造函數(shù)初始化根節(jié)點    /// </summary>    /// <param name="max"></param>    public RankBinaryTree(int max)    {      _root = new TreeNode() { ValueFrom = 0, ValueTo = max+1, Height = 1 };      _root.LeftChildNode = CreateChildNode(_root, 0, max / 2);      _root.RightChildNode = CreateChildNode(_root, max / 2, max);    }    /// <summary>    /// 遍歷創(chuàng)建子節(jié)點    /// </summary>    /// <param name="current"></param>    /// <param name="min"></param>    /// <param name="max"></param>    /// <returns></returns>    private TreeNode CreateChildNode(TreeNode current, int min, int max)    {      if (min == max) return null;      var node = new TreeNode() { ValueFrom = min, ValueTo = max, Height = current.Height + 1 };      node.Parent = current;      int center = (min + max) / 2;      if (min < max - 1)      {        node.LeftChildNode = CreateChildNode(node, min, center);        node.RightChildNode = CreateChildNode(node, center, max);      }      return node;    }
有了樹以后下一步就是往里面插入數(shù)據(jù)，根據(jù)前面介紹的邏輯：
/// <summary>    /// 往樹中插入一個值    /// </summary>    /// <param name="value"></param>    public void Insert(int value)    {      InnerInsert(_root, value);      _data.Add(value);    }    /// <summary>    /// 子節(jié)點判斷范圍遍歷插入    /// </summary>    /// <param name="node"></param>    /// <param name="value"></param>    private void InnerInsert(TreeNode node, int value)    {      if (node == null) return;      //判斷是否在這個節(jié)點范圍內(nèi)      if (value >= node.ValueFrom && value < node.ValueTo)      {        //更新節(jié)點總數(shù)信息        node.Count++;        //更新左子節(jié)點        InnerInsert(node.LeftChildNode, value);        //更新右子節(jié)點        InnerInsert(node.RightChildNode, value);      }    }
下一步提供方法獲取指定值在樹中的排名：
/// <summary>    /// 從樹中獲取總排名    /// </summary>    /// <param name="value"></param>    /// <returns></returns>    public int GetRank(int value)    {      if (value < 0) return 0;      return InnerGet(_root, value);    }    /// <summary>    /// 遍歷子節(jié)點獲取累計排名    /// </summary>    /// <param name="node"></param>    /// <param name="value"></param>    /// <returns></returns>    private int InnerGet(TreeNode node, int value)    {      if (node.LeftChildNode == null || node.RightChildNode == null) return 1;      if (value >= node.LeftChildNode.ValueFrom && value < node.LeftChildNode.ValueTo)      {        //當這個值存在于左子節(jié)點中時，要累加右子節(jié)點的總數(shù)（表示這個數(shù)在多少名之后）        return node.RightChildNode.Count + InnerGet(node.LeftChildNode, value);      }      else      {        //如果在右子節(jié)點中就繼續(xù)遍歷        return InnerGet(node.RightChildNode, value);      }    }

到這里，核心功能已經(jīng)實現(xiàn)了。考慮到有積分更新的情況，我們可以加上節(jié)點更新和刪除的方法。刪除很容易，和插入逆向操作就行，更新就更容易了，把舊節(jié)點刪除再計算出新值插入即可，完整代碼已經(jīng)上傳到Github。這棵樹究竟效率如何，下面我們跑個分看看。

測試走起來

在測試程序中，我模擬了積分范圍0-1000000的場景，這個范圍幾乎覆蓋了真實業(yè)務中90%的積分值，100萬積分以上的會員系統(tǒng)應該比較少見了。

而會員的積分值分布也是不均勻的，一般來說擁有小額積分的用戶比例最大，積分值越高所占用戶比例越小。在程序中我假設有100萬個會員，其中50W用戶積分都在100以內(nèi)，30W用戶積分在100-10000，15W用戶積分在10000-50000，5W用戶積分在50000以上。

下面是各個操作的耗時時間：

可以看到，這個效率不是一般的快啊，其中獲取排名的查詢時間幾乎可以忽略不計。這時候有人問了，這么多數(shù)據(jù)會不會非常吃內(nèi)存，下面用任務管理器分別查看不使用樹和使用樹的內(nèi)存情況：

運行環(huán)境是.NetCore3.0 Console，測試主機配置情況：

100萬數(shù)據(jù)只有130M內(nèi)存占用，對現(xiàn)代計算機來說簡直是灑灑水~

業(yè)務環(huán)境中使用務必注意線程安全問題?。。?/p>

到此，相信大家對“如何在C#中使用二叉樹實時計算海量用戶積分排名”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關內(nèi)容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續(xù)學習！

網(wǎng)站題目：如何在C#中使用二叉樹實時計算海量用戶積分排名
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