具有 O(1) 时间和空间复杂度的股票统计计算

Question

我必须用 Java 设计一个 rest API：-

1. 接受带有以下json 的POST 请求：-

   { “仪器”：“ABC”， “价格”：“200.90”， “时间戳”：“2018-09-25T12:00:00” }

这些记录将保存在内存集合中，而不是任何类型的数据库中。

1. 会有一个 GET API 返回过去 60 秒内收到的特定仪器记录的统计信息。 GET 请求将是：- /statistics/{instrumentName} 例如：- /statistics/ABC。响应如下所述：-

   { “计数”：“3” “分钟”：“100.00” “最大”：“200.00” “总和”：“450.00” “平均”：“150.00” }

2. 会有另一个 GET 请求 /statistics 返回过去 60 秒内收到的所有工具的统计信息（不特定于特定工具，如 #2）

这个算法实现起来复杂的原因是应该执行 GET 调用 - O(1) 时间和空间复杂度。

我为 3# 考虑的方法是拥有一个包含 60 个桶的集合（因为我们必须计算过去 60 秒的时间，所以每 1 秒采样一次）。每次事务进入时，它都会根据键（即小时-分钟-秒）进入特定的存储桶（这将是带有此键的映射和该秒的统计信息）。

但我无法理解的是如何解决问题 2#，我们必须在 O(1) 时间和空间复杂度中获取过去 60 秒内特定仪器 /statistics/ABC 的统计数据。

清理超过 60 秒的记录的最佳策略是什么？

对算法的任何帮助将不胜感激。

Answer 1

将数据存储在Map<String, Instrument> 中，并让类看起来像这样：

class Instrument {
    private String name;
    private SortedMap<LocalDateTime, BigDecimal> prices;
    private BigDecimal minPrice;
    private BigDecimal maxPrice;
    private BigDecimal sumPrice;

    // Internal helper method
    private void cleanup() {
        LocalDateTime expireTime = LocalDateTime.now().minusSeconds(60);
        Map<LocalDateTime, BigDecimal> expiredPrices = this.prices.headMap(expireTime);
        for (BigDecimal expiredPrice : expiredPrices.values()) {
            if (this.minPrice.compareTo(expiredPrice) == 0)
                this.minPrice = null;
            if (this.maxPrice.compareTo(expiredPrice) == 0)
                this.maxPrice = null;
            this.sumPrice = this.sumPrice.subtract(expiredPrice);
        }
        expiredPrices.clear(); // Removes expired prices from this.prices
        if (this.minPrice == null && ! this.prices.isEmpty())
            this.minPrice = this.prices.values().stream().min(Comparator.naturalOrder()).get();
        if (this.maxPrice == null && ! this.prices.isEmpty())
            this.maxPrice = this.prices.values().stream().max(Comparator.naturalOrder()).get();
    }

    // other code
}

Instrument 的所有公共方法都必须是 synchronized，并且必须以调用 cleanup() 开始，因为距离之前的任何调用都已过。 addPrice(LocalDateTime, BigDecimal) 方法当然必须更新 3 个统计字段。

为确保统计信息同步，有一个Statistics 类可用作返回值是合适的，因此所有4 个主要统计值（包括从this.prices.size() 获得的count）代表相同一组价格。