使用复杂的位掩码确定日期设置的位

时间:2011-09-29 20:28:33

标签: c# algorithm bitmask

我有一个移位掩码代表一周中的几天:

Sunday = 1
Monday = 2
Tuesday = 4
...
Saturday = 64

我正在使用位掩码,因为几天(至少一天)可能会设置为1。

问题

然后我得到约会。任何日期。并且基于date.DayOfWeek我需要返回在位掩码中设置的第一个最近的日期。因此,我的方法可以在datedate + 6之间的同一天或任何其他日期返回。

示例1

我的位掩码定义了设置为1的所有日期。在这种情况下,我的方法应该返回相同的日期,因为在位掩码中设置了date.DayOfWeek

示例2

我的位掩码定义只有星期三设置为1.如果我的传入日期是星期二,我应该返回date+1(星期三)。但如果收到的日期是星期四,我应该返回date+6(这也是星期三)。

问题

解决这个问题的最快最优雅的方法是什么?为什么也最快?因为我需要多次运行,所以如果我可以使用某种缓存结构来更快地获取日期,那么这将是首选。

您能否以优雅的方式提出一些指导来解决这个问题?我不想最终得到一个充满ifs和switch-case语句的长意大利面条代码......

  

重要:重要的是要注意,如果位掩码有助于提高性能和简化代码,则可以更改或替换其他位掩码。所以位掩码不是一成不变的......

一种可能的方法

每天生成一组偏移并将其保存在私有类变量中会很聪明。生成一次并在之后重复使用,如:

return date.AddDays(cachedDayOffsets[date.DayOfWeek]);

这样我们根本就不使用位掩码,唯一的问题是如何以最快的速度和尽可能短的代码生成数组。

6 个答案:

答案 0 :(得分:2)

我会用一个位掩码,一些移位和一个位扫描来解决这个问题。这不是一个非常明显的例程,但它应该很快,因为它永远不会分支:

original_date = Whatever                    //user input
bitmask = Whatever                          //user input
bitmask |= (bitmask << 7)                   //copy some bits so they don't get
                                            //lost in the bitshift
bitmask >>= original_date.dayOfWeek()       //assuming Sunday.dayOfWeek() == 0
return original_date + bitscan(bitmask) - 1 //the position of the least
                                            //significant bit will be one greater
                                            //than the number of days to add

Bitscan - 特别是你的,因为它只关心七位 - 很容易在查找表中实现。实际上,如果您执行了自定义表,则可以将LSB位调用0,并跳过return语句中的减法。我猜这一切中最慢的部分是dayOfWeek()函数,但这取决于它的实现。

希望这有帮助!

编辑:一个示例位扫描表(将lsb视为索引1 - 您可能希望将其视为零,但这是一个更好的示例):

int[128] lsb = {
    0, //0 = 0b00000000 - Special case!
    1, //1 = 0b00000001
    2, //2 = 0b00000010
    1, //3 = 0b00000011
    3, //4 = 0b00000100
    1, //5 = 0b00000101
    2, //6 = 0b00000110
    ....
    1 //127 = 0b01111111
};

然后,要在mask上使用您的表格,您只需使用:

first_bit_index = lsb[mask & 127];

&允许你写一个小表,因为你真的只关心七个最低位。

PS:至少有些处理器实现了可以使用的比特扫描指令,但是除非在某处有包装函数,否则你不太可能使用C#来获取它们。

答案 1 :(得分:1)

你可能讨厌这个答案,但也许你将能够以新的方向运行它。你说性能非常重要,所以也许最好在一些数据结构中预先索引所有答案。这种数据结构可能有点复杂,但它可以封装在自己的小世界中,而不会干扰您的主代码。我想到的数据结构将是一组int。如果你允许星期一,星期五和星期六,这些整数将是:

[1][0][3][2][1][0][0]

好奇怪吧?这基本上是本周的“天数”列表。星期天,有“一天到下一个允许的一周”。星期一,有0个。星期二,距离3天。现在,一旦您构建了此列表,您就可以非常轻松快速地确定需要添加到日期的天数以获得下一次出现。希望这有帮助??

生成这些偏移量

这是生成这些偏移量的代码:

this.dayOffsets = new int[] {
    this.Sundays ? 0 : this.Mondays ? 1 : this.Tuesdays ? 2 : this.Wednesdays ? 3 : this.Thursdays ? 4 : this.Fridays ? 5 : 6,
    this.Mondays ? 0 : this.Tuesdays ? 1 : this.Wednesdays ? 2 : this.Thursdays ? 3 : this.Fridays ? 4 : this.Saturdays ? 5 : 6,
    this.Tuesdays ? 0 : this.Wednesdays ? 1 : this.Thursdays ? 2 : this.Fridays ? 3 : this.Saturdays ? 4 : this.Sundays ? 5 : 6,
    this.Wednesdays ? 0 : this.Thursdays ? 1 : this.Fridays ? 2 : this.Saturdays ? 3 : this.Sundays ? 4 : this.Mondays ? 5 : 6,
    this.Thursdays ? 0 : this.Fridays ? 1 : this.Saturdays ? 2 : this.Sundays ? 3 : this.Mondays ? 4 : this.Tuesdays ? 5 : 6,
    this.Fridays ? 0 : this.Saturdays ? 1 : this.Sundays ? 2 : this.Mondays ? 3 : this.Tuesdays ? 4 : this.Wednesdays ? 5 : 6,
    this.Saturdays ? 0 : this.Sundays ? 1 : this.Mondays ? 2 : this.Tuesdays ? 3 : this.Wednesdays ? 4 : this.Thursdays ? 5 : 6
};

这个产生前向偏移。因此,对于任何给定的日期,您可以通过以下方式获得其后的实际适用日期:

SomeDate.AddDays(this.dayOffsets[(int)SomeDate.DayOfWeek]);

如果您需要获取最近的日期,您可以重复使用相同的数组并使用以下公式计算出来:

SomeDate.AddDays((this.dayOffsets[(int)SomeDate.DayOfWeek] - 7) % 7);

答案 2 :(得分:0)

这是一个填充查找表的算法。你只需要做一次,所以我不确定它的效率是多少......

int[] DaysOfWeek = (int[])Enum.GetValues(typeof(DayOfWeek));
int NumberOfDaysInWeek = DaysOfWeek.Length;
int NumberOfMasks = 1 << NumberOfDaysInWeek;
int[,] OffsetLookup = new int[NumberOfDaysInWeek, NumberOfMasks];

//populate offset lookup
for(int mask = 1; mask < NumberOfMasks; mask++)
{
    for(int d = 0; d < NumberOfDaysInWeek; d++)
    {
        OffsetLookup[d, mask] = (from x in DaysOfWeek
                                 where ((1 << x) & mask) != 0
                                 orderby Math.Abs(x - d)
                                 select (x - d) % NumberOfDaysInWeek).First();
    }
}

然后使用:

DateTime SomeDate = ...; //get a date
DateTime FirstDate = SomeDate.AddDays(OffsetLookup[SomeDate.DayOfWeek, DayOfWeekMask]);

答案 3 :(得分:0)

以下是我要做的事情,变量dateDiff将是你要找的。

DoW mask      = DoW.Wednesday | DoW.Friday;
DoW? todayDoW = null;
int dateDiff  = 0;

do
{
    DateTime date = DateTime.Today.AddDays(dateDiff);
    todayDoW      = (DoW)Enum.Parse(typeof(DoW), date.DayOfWeek.ToString());

    if ((mask & todayDoW.Value) != 0)
    {
        todayDoW = null;
    }
    else
    {
        dateDiff++;
    }

}
while(todayDoW.HasValue);

enum DoW
{
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

答案 4 :(得分:0)

这应该很容易做到。考虑DayOfWeek.Sunday == 0Monday == 1

你的面具对应于此。也就是说,在你的面具中:

Sunday = 1 << 0
Monday = 1 << 1
Tuesday = 1 << 2

现在,考虑到一周中的某一天,我们可以轻松确定符合您条件的日期:

[Flags]
enum DayMask
{
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

static DayOfWeek FindNextDay(DayMask mask, DayOfWeek currentDay)
{
    DayOfWeek bestDay = currentDay;

    int bmask = 1;

    for (int checkDay = 0; checkDay < 7; ++checkDay)
    {
        if (((int)mask & bmask) != 0)
        {
            if (checkDay >= (int)currentDay)
            {
                bestDay = (DayOfWeek)checkDay;
                break;
            }
            else if (bestDay == currentDay)
            {
                bestDay = (DayOfWeek)checkDay;
            }
        }
        bmask <<= 1;
    }
    return bestDay;
}

例如,您要匹配的日期是星期三,但掩码仅包含星期一。你可以看到算法会选择星期一作为最好的一天,然后经过剩下的时间,而不是选择任何东西。

如果掩码包含星期一,星期二和星期四,算法将选择星期一作为最佳候选者,忽略星期二,然后选择星期四作为最佳候选者并退出。

这不会像查找表那么快,但应该快速相当快。并且它将使用比查找表少得多的内存。

查找表会快得多,而且只需要一千字节的内存。并且考虑到上面的FindNextDay方法,构造起来很容易:

    static byte[,] LookupTable = new byte[128, 7];

    static void BuildLookupTable()
    {
        for (int i = 0; i < 128; ++i)
        {
            DayMask mask = (DayMask)i;
            for (int day = 0; day < 7; ++day)
            {
                LookupTable[i, day] = (byte)FindNextDay(mask, (DayOfWeek)day);
            }
        }
    }

现在,为了获得面具和当天的任何组合的第二天:

DayOfWeek nextDay = (DayOfWeek)LookupTable[(int)mask, (int)currentDay];

毫无疑问,生成表格的速度更快。但它足够快,因为它会在程序启动时执行一次,所以优化它似乎没什么意义。如果您希望启动速度更快,请编写一个将该表作为C#代码输出的小程序。类似的东西:

Console.WriteLine("static byte[,] LookupTable = new byte[128,7] {");
for (int i = 0; i < 128; ++i)
{
    Console.Write("    {");
    for (int j = 0; j < 7; ++j)
    {
        if (j > 0)
        {
            Console.Write(",");
        }
        Console.Write(" {0}", LookupTable[i, j]);
    }
    Console.WriteLine(" },");
}
Console.WriteLine("};");

然后您可以将其复制并粘贴到您的程序中。

答案 5 :(得分:0)

我知道你说的是要考虑性能但是我会从一个简单易懂的方法开始,并在跳转到一个更复杂的方法之前验证它的性能是否足够,这可以让代码的未来维护者有点迷失。

话虽如此,使用预先初始化的查找可能的解决方案:

[Flags]
enum DaysOfWeek
{
    None = 0,
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

假设先前的枚举:

private static Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>> Maps { get; set; }

static void Main(string[] args)
{
    Maps = CreateMaps();

    var date = new DateTime(2011, 9, 29);

    var mask = DaysOfWeek.Wednesday | DaysOfWeek.Friday;

    var sw = Stopwatch.StartNew();

    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        GetNextDay(date, mask);
    }

    sw.Stop();

    Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
}

private static DaysOfWeek GetNextDay(DateTime date, DaysOfWeek mask)
{
    return Maps[date.DayOfWeek].First(dow => mask.HasFlag(dow));
}

最后是CreateMaps实施:

private static Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>> CreateMaps()
{
    var maps = new Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>>();

    var daysOfWeek = new List<DaysOfWeek>(7)
    {
        DaysOfWeek.Sunday, 
        DaysOfWeek.Monday, 
        DaysOfWeek.Tuesday, 
        DaysOfWeek.Wednesday, 
        DaysOfWeek.Thursday, 
        DaysOfWeek.Friday, 
        DaysOfWeek.Saturday 
    };

    foreach (DayOfWeek dayOfWeek in Enum.GetValues(typeof(DayOfWeek)))
    {
        var map = new List<DaysOfWeek>(7);

        for (int i = (int)dayOfWeek; i < 7; i++)
        {
            map.Add(daysOfWeek[i]);
        }

        for (int i = 0; i < (int)dayOfWeek; i++)
        {
            map.Add(daysOfWeek[i]);
        }

        maps.Add(dayOfWeek, map);
    }

    return maps;
}