哈希表

作者: 大成小栈 | 来源:发表于2021-04-06 14:28 被阅读0次

    1. 概念

    哈希表(Hash table),也叫散列表,是根据键(Key)而直接访问节点存储位置的数据结构。也就是说,它通过计算一个关于键值的函数,将所需查询的数据映射到表中一个位置来访问记录,这加快了查找速度。这个映射函数称做散列函数,存放记录的数组称做散列表。

    散列函数,顾名思义,它是一个函数。如果把它定义成 hash(key) ,其中 key 表示元素的键值,则 hash(key) 的值表示经过散列函数计算得到的散列值。

    散列函数的特点:

    1. 确定性:如果两个散列值是不相同的(根据同一函数),那么这两个散列值的原始输入也是不相同的。
    2. 散列碰撞(collision):散列函数的输入和输出不是唯一对应关系的,如果两个散列值相同,两个输入值很可能是相同的,但也可能不同。
    3. 不可逆性:一个哈希值对应无数个明文,理论上你并不知道哪个是。
    4. 混淆特性:输入一些数据计算出散列值,然后部分改变输入值,一个具有强混淆特性的散列函数会产生一个完全不同的散列值。

    2. 哈希表的实现

    有许多方法可以实现哈希表,这里将介绍两种:拉链法(separate chaining)和线性探测法(linear probing)。

    拉链法

    例:现有整数类型(int)的数组S:7,30,10,9,14,19,15,12,90,94,93,53,70。
    此数组的元素的哈希值与元素值相同,即7的哈希值是7;30的哈希值是30。

    现创建一个有5个元素的数组A:(红色颜色只是为了与数组S的元素区分开来)

    然后按顺序把数组S插入数组A中:
    插入元素7:元素7的哈希值为7,7%5=2,因此插入到2号元素中;
    插入元素30:元素30的哈希值为30,30%5=0,因此插入到0号元素中;

    插入元素10:元素10的哈希值为10,10%5=0,因此插入到0号元素中,但0号元素已经有数值30了,故插到30后面,元素30的指针指向元素10。

    以此类推,插入元素9:元素9的哈希值为9,9%5=4,因此插入到4号元素中...
    全部元素添加完毕后:

    现在,如果我们要查找元素19:
    元素19的哈希值为19,19%5=4,因此到4号元素去找;
    4号元素的值为9,9!=19,去找9的指针指向的元素14;
    14!=19,去找14的指针指向的元素19;
    19==19,返回数值,查找完毕。
    此过程只经历了3次比较!

    从此例子中可以看出思路:
    对于一个拥有N项元素的数组S,我们需要建立一个含有M项元素的新数组A。
    M的值可以自己来定,但如果M过大,则会出现很多空链,如上述例子中的1号链;
    如果M过小,则会出现链太长的情况,如果链太长,则意味着比较次数变多。
    一般建议M=N/5。

    插入元素:
    int j=S[i]的哈希值%5;
    然后检查A[j]是否为空,如果空,A[j]=S[i]; 如果不为空,temp=A[j], A[j]=S[i], S[i].next=temp;
    删除元素:先找出该元素,然后此元素的上一个元素的指针指向此元素的下一个元素,最后删除此元素。
    拉链法有一个缺陷,就是很容易有些链过长,有些链过短,甚至是空链。这样会浪费内存和影响搜索速度。

    线性探测法(linear probing)

    例:现有整数类型(int)的数组S:7,30,10,9,14,19,15,29,13,27。此数组的元素的哈希值与元素值相同,即7的哈希值是7;30的哈希值是30。

    现创建一个含有14个元素的数组A:(上面那排数字是为了方便看哪个元素是第几项元素)

    然后按顺序把数组S插入数组A中:
    插入元素7:元素7的哈希值为7,7%14=7,因此插入到7号元素中;
    插入元素30:元素30的哈希值为30,30%14=2,因此插入到2号元素中;
    插入元素10:元素10的哈希值为10,10%14=10,因此插入到10号元素中;
    插入元素9:元素9的哈希值为9,9%14=9,因此插入到9号元素中;
    插入元素14:元素14的哈希值为14,14%14=0,因此插入到0号元素中;
    插入元素19:元素19的哈希值为19,19%14=5,因此插入到5号元素中;
    插入元素15:元素15的哈希值为15,15%14=1,因此插入到1号元素中;

    插入元素29:元素29的哈希值为29,29%14=1,但1号元素已经有数值15了,然后检查下一个元素(2号元素),但2号元素已经有数值30了,然后检查下一个元素(3号元素),3号元素为空,插入到3号元素:

    插入元素13:元素13的哈希值为13,13%14=13,因此插入到13号元素中:

    插入元素27:元素27的哈希值为27,27%14=13,但13号元素已经有数值13了,然后检查下一个元素(0号元素),但0号元素已经有数值14了,如此类推,找到4号元素为空,插入到4号元素:

    如果我们要查找元素29,元素29的哈希值为29,29%14=1,检查1号元素,15!=29;然后检查下一个元素(2号元素),30!=29;然后检查下一个元素(3号元素),29=29,返回数值,查找完毕。

    从此例子中可以看出思路:
    对于一个拥有N项元素的数组S,我们需要建立一个含有M项元素的新数组A。
    M一定要比N大。如果M过少,则搜索进行的比较次数增加,影响速度;如果过大,则太多空位没利用,造成内存浪费。

    一般建议M=2*N。
    插入元素i: 先获取i的哈希值%M,根据这个值插入到相应的位置中,如果位置有元素了,则插入到下一个位置,循环进行,直到位置是空的为止。
    搜索元素:类似于插入元素,详细见上述例子。

    参考文章:
    https://mp.weixin.qq.com/s/EJt0wvsVujKy040Juq28Qw
    https://www.cnblogs.com/mcomco/p/10255459.html

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