Geohash的原理、算法和具體應(yīng)用探究

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Geohash 是一種地址編碼，它能把二維的經(jīng)緯度編碼成一維的字符串。比如，北海公園的編碼是wx4g0ec1。

Geohash 的原理、算法

下面以(39.92324, 116.3906)為例，介紹一下geohash的編碼算法。

首先將緯度范圍(-90, 90)平分成兩個(gè)區(qū)間(-90, 0)、(0, 90)， 如果目標(biāo)緯度位于前一個(gè)區(qū)間，則編碼為0，否則編碼為1。由于39.92324屬于(0, 90)，所以取編碼為1。然后再將(0, 90)分成 (0, 45), (45, 90)兩個(gè)區(qū)間，而39.92324位于(0, 45)，所以編碼為0。以此類推，直到精度符合要求為止，得到緯度編碼為1011 1000 1100 0111 1001。

緯度范圍	劃分區(qū)間0	劃分區(qū)間1	39.92324所屬區(qū)間
(-90, 90)	(-90, 0.0)	(0.0, 90)	1
(0.0, 90)	(0.0, 45.0)	(45.0, 90)	0
(0.0, 45.0)	(0.0, 22.5)	(22.5, 45.0)	1
(22.5, 45.0)	(22.5, 33.75)	(33.75, 45.0)	1
(33.75, 45.0)	(33.75, 39.375)	(39.375, 45.0)	1
(39.375, 45.0)	(39.375, 42.1875)	(42.1875, 45.0)	0
(39.375, 42.1875)	(39.375, 40.7812)	(40.7812, 42.1875)	0
(39.375, 40.7812)	(39.375, 40.0781)	(40.0781, 40.7812)	0
(39.375, 40.0781)	(39.375, 39.7265)	(39.7265, 40.0781)	1
(39.7265, 40.0781)	(39.7265, 39.9023)	(39.9023, 40.0781)	1
(39.9023, 40.0781)	(39.9023, 39.9902)	(39.9902, 40.0781)	0
(39.9023, 39.9902)	(39.9023, 39.9462)	(39.9462, 39.9902)	0
(39.9023, 39.9462)	(39.9023, 39.9243)	(39.9243, 39.9462)	0
(39.9023, 39.9243)	(39.9023, 39.9133)	(39.9133, 39.9243)	1
(39.9133, 39.9243)	(39.9133, 39.9188)	(39.9188, 39.9243)	1
(39.9188, 39.9243)	(39.9188, 39.9215)	(39.9215, 39.9243)	1

經(jīng)度也用同樣的算法，對(duì)(-180, 180)依次細(xì)分，得到116.3906的編碼為1101 0010 1100 0100 0100。

經(jīng)度范圍	劃分區(qū)間0	劃分區(qū)間1	116.3906所屬區(qū)間
(-180, 180)	(-180, 0.0)	(0.0, 180)	1
(0.0, 180)	(0.0, 90.0)	(90.0, 180)	1
(90.0, 180)	(90.0, 135.0)	(135.0, 180)	0
(90.0, 135.0)	(90.0, 112.5)	(112.5, 135.0)	1
(112.5, 135.0)	(112.5, 123.75)	(123.75, 135.0)	0
(112.5, 123.75)	(112.5, 118.125)	(118.125, 123.75)	0
(112.5, 118.125)	(112.5, 115.312)	(115.312, 118.125)	1
(115.312, 118.125)	(115.312, 116.718)	(116.718, 118.125)	0
(115.312, 116.718)	(115.312, 116.015)	(116.015, 116.718)	1
(116.015, 116.718)	(116.015, 116.367)	(116.367, 116.718)	1
(116.367, 116.718)	(116.367, 116.542)	(116.542, 116.718)	0
(116.367, 116.542)	(116.367, 116.455)	(116.455, 116.542)	0
(116.367, 116.455)	(116.367, 116.411)	(116.411, 116.455)	0
(116.367, 116.411)	(116.367, 116.389)	(116.389, 116.411)	1
(116.389, 116.411)	(116.389, 116.400)	(116.400, 116.411)	0
(116.389, 116.400)	(116.389, 116.394)	(116.394, 116.400)	0

接下來(lái)將經(jīng)度和緯度的編碼合并，奇數(shù)位是緯度，偶數(shù)位是經(jīng)度，得到編碼 11100 11101 00100 01111 00000 01101 01011 00001。

最后，用0-9、b-z（去掉a, i, l, o）這32個(gè)字母進(jìn)行base32編碼，得到(39.92324, 116.3906)的編碼為wx4g0ec1。

十進(jìn)制	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
base32	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	b	c	d	e	f	g
十進(jìn)制	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
base32	h	j	k	m	n	p	q	r	s	t	u	v	w	x	y	z

解碼算法與編碼算法相反，先進(jìn)行base32解碼，然后分離出經(jīng)緯度，最后根據(jù)二進(jìn)制編碼對(duì)經(jīng)緯度范圍進(jìn)行細(xì)分即可，這里不再贅述。 不過(guò)由于geohash表示的是區(qū)間，編碼越長(zhǎng)越精確，但不可能解碼出完全一致的地址。

Geohash的應(yīng)用：附近地址搜索

geohash的最大用途就是附近地址搜索了。不過(guò)，從geohash的編碼算法中可以看出它的一個(gè)缺點(diǎn)：位于格子邊界兩側(cè)的兩點(diǎn)， 雖然十分接近，但編碼會(huì)完全不同。實(shí)際應(yīng)用中，可以同時(shí)搜索當(dāng)前格子周圍的8個(gè)格子，即可解決這個(gè)問(wèn)題。

最后，我們來(lái)看看本文開(kāi)頭提出的兩個(gè)問(wèn)題：速度慢，緩存命中率低。使用geohash查詢附近地點(diǎn)，用的是字符串前綴匹配：

而前綴匹配可以利用geohash列上的索引，因此查詢速度不會(huì)太慢。另外，即使用戶坐標(biāo)發(fā)生微小的變化， 也能編碼成相同的geohash，這就保證了每次執(zhí)行相同的SQL語(yǔ)句，使得緩存命中率大大提高。