ClickHouse/dbms/include/DB/AggregateFunctions/ReservoirSamplerDeterministic.h

228 lines
6.3 KiB
C
Raw Normal View History

#pragma once
#include <limits>
#include <algorithm>
#include <climits>
#include <sstream>
2015-11-15 06:11:58 +00:00
#include <DB/AggregateFunctions/ReservoirSampler.h>
2015-09-29 19:19:54 +00:00
#include <common/Common.h>
2015-09-24 12:40:36 +00:00
#include <DB/Common/HashTable/Hash.h>
#include <DB/IO/ReadBuffer.h>
#include <DB/IO/ReadHelpers.h>
#include <DB/IO/WriteHelpers.h>
#include <DB/Common/PODArray.h>
#include <Poco/Exception.h>
#include <boost/random.hpp>
/// Реализация алгоритма Reservoir Sampling. Инкрементально выбирает из добавленных объектов случайное подмножество размера sample_count.
/// Умеет приближенно получать квантили.
/// Вызов quantile занимает O(sample_count log sample_count), если после предыдущего вызова quantile был хотя бы один вызов insert. Иначе, O(1).
/// То есть, имеет смысл сначала добавлять, потом получать квантили, не добавляя.
2016-01-12 02:21:15 +00:00
namespace DB
{
namespace ErrorCodes
{
extern const int MEMORY_LIMIT_EXCEEDED;
}
}
namespace detail
{
const size_t DEFAULT_SAMPLE_COUNT = 8192;
const auto MAX_SKIP_DEGREE = sizeof(UInt32) * 8;
}
/// Что делать, если нет ни одного значения - кинуть исключение, или вернуть 0 или NaN в случае double?
enum class ReservoirSamplerDeterministicOnEmpty
{
THROW,
RETURN_NAN_OR_ZERO,
};
template <typename T,
ReservoirSamplerDeterministicOnEmpty OnEmpty = ReservoirSamplerDeterministicOnEmpty::THROW>
class ReservoirSamplerDeterministic
{
bool good(const UInt32 hash)
{
return hash == ((hash >> skip_degree) << skip_degree);
}
public:
ReservoirSamplerDeterministic(const size_t sample_count = DEFAULT_SAMPLE_COUNT)
: sample_count{sample_count}
{
}
void clear()
{
samples.clear();
sorted = false;
total_values = 0;
}
void insert(const T & v, const UInt64 determinator)
{
const UInt32 hash = intHash64(determinator);
if (!good(hash))
return;
insertImpl(v, hash);
sorted = false;
++total_values;
}
size_t size() const
{
return total_values;
}
T quantileNearest(double level)
{
if (samples.empty())
return onEmpty<T>();
sortIfNeeded();
double index = level * (samples.size() - 1);
size_t int_index = static_cast<size_t>(index + 0.5);
int_index = std::max(0LU, std::min(samples.size() - 1, int_index));
return samples[int_index].first;
}
/** Если T не числовой тип, использование этого метода вызывает ошибку компиляции,
* но использование класса ошибки не вызывает. SFINAE.
* Не SFINAE. Функции члены шаблонов типов просто не проверяются, пока не используются.
*/
double quantileInterpolated(double level)
{
if (samples.empty())
return onEmpty<double>();
sortIfNeeded();
const double index = std::max(0., std::min(samples.size() - 1., level * (samples.size() - 1)));
/// Чтобы получить значение по дробному индексу линейно интерполируем между соседними значениями.
size_t left_index = static_cast<size_t>(index);
size_t right_index = left_index + 1;
if (right_index == samples.size())
return samples[left_index].first;
const double left_coef = right_index - index;
const double right_coef = index - left_index;
return samples[left_index].first * left_coef + samples[right_index].first * right_coef;
}
void merge(const ReservoirSamplerDeterministic & b)
{
if (sample_count != b.sample_count)
throw Poco::Exception("Cannot merge ReservoirSamplerDeterministic's with different sample_count");
sorted = false;
if (b.skip_degree > skip_degree)
{
skip_degree = b.skip_degree;
thinOut();
}
for (const auto & sample : b.samples)
if (good(sample.second))
insertImpl(sample.first, sample.second);
total_values += b.total_values;
}
void read(DB::ReadBuffer & buf)
{
DB::readIntBinary<size_t>(sample_count, buf);
DB::readIntBinary<size_t>(total_values, buf);
samples.resize(std::min(total_values, sample_count));
for (size_t i = 0; i < samples.size(); ++i)
DB::readPODBinary(samples[i], buf);
sorted = false;
}
void write(DB::WriteBuffer & buf) const
{
DB::writeIntBinary<size_t>(sample_count, buf);
DB::writeIntBinary<size_t>(total_values, buf);
for (size_t i = 0; i < std::min(sample_count, total_values); ++i)
DB::writePODBinary(samples[i], buf);
}
private:
/// Будем выделять немного памяти на стеке - чтобы избежать аллокаций, когда есть много объектов с маленьким количеством элементов.
static constexpr size_t bytes_on_stack = 64;
using Element = std::pair<T, UInt32>;
using Array = DB::PODArray<Element, bytes_on_stack / sizeof(Element), AllocatorWithStackMemory<Allocator<false>, bytes_on_stack>>;
size_t sample_count;
size_t total_values{};
bool sorted{};
Array samples;
UInt8 skip_degree{};
void insertImpl(const T & v, const UInt32 hash)
{
/// @todo why + 1? I don't quite recall
while (samples.size() + 1 >= sample_count)
{
if (++skip_degree > detail::MAX_SKIP_DEGREE)
throw DB::Exception{"skip_degree exceeds maximum value", DB::ErrorCodes::MEMORY_LIMIT_EXCEEDED};
thinOut();
}
samples.emplace_back(v, hash);
}
void thinOut()
{
auto size = samples.size();
for (size_t i = 0; i < size;)
{
if (!good(samples[i].second))
{
/// swap current element with the last one
std::swap(samples[size - 1], samples[i]);
--size;
}
else
++i;
}
if (size != samples.size())
{
samples.resize(size);
sorted = false;
}
}
void sortIfNeeded()
{
if (sorted)
return;
sorted = true;
std::sort(samples.begin(), samples.end(), [] (const std::pair<T, UInt32> & lhs, const std::pair<T, UInt32> & rhs) {
return lhs.first < rhs.first;
});
}
template <typename ResultType>
ResultType onEmpty() const
{
if (OnEmpty == ReservoirSamplerDeterministicOnEmpty::THROW)
throw Poco::Exception("Quantile of empty ReservoirSamplerDeterministic");
else
return NanLikeValueConstructor<ResultType, std::is_floating_point<ResultType>::value>::getValue();
}
};