数据结构与算法Day15----散列表(中)

一、散列函数的设计准则:

  1、散列函数的设计不能太复杂。过于复杂的散列函数,势必会消耗很多计算时间,也就间接的影响到散列表的性能。
  2、散列函数生成的值要尽可能随机并且均匀分布,这样才能避免或者最小化散列冲突,而且即便出现冲突,散列到每个槽里的数据也会比较平均,不会出现某个槽内数据特别多的情况。

二、装载因子过大的解决办法:

  针对散列表,当装载因子过大时,可以进行动态扩容,重新申请一个更大的散列表,将数据搬移到这个新散列表中。假设每次扩容都申请一个原来散列表大小两倍的空间。如果原来散列表的装载因子是0.8,那经过扩容之后,新散列表的装载因子就下降为原来的一半,变成了0.4。但针对散列表的扩容,数据搬移操作要复杂很多。因为散列表的大小变了,数据的存储位置也变了,所以需要通过散列函数重新计算每个数据的存储位置。

扩容示意图

三、如何避免低效的扩容:

  为了解决一次性扩容耗时过多的情况,可以将扩容操作穿插在插入操作的过程中,分批完成。当装载因子触达阈值之后,只申请新空间,但并不将老的数据搬移到新散列表中。当有新数据要插入时,将新数据插入新散列表中,并且从老的散列表中拿出一个数据放入到新散列表。每次插入一个数据到散列表,都重复上面的过程。经过多次插入操作之后,老的散列表中的数据就一点一点全部搬移到新散列表中了。这样没有了集中的一次性数据搬移,插入操作就都变得很快了。
扩容时搬移数据示意图

四、散列表HashMap的举例分析:

1.初始大小:

  HashMap默认的初始大小是16,当然这个默认值是可以设置的,如果事先知道大概的数据量有多大,可以修改默认初始大小。

2.装载因子和动态扩容:

  最大装载因子默认是0.75,当HashMap中元素个数超过0.75*capacity(capacity表示散列表的容量)的时候,就会启动扩容,每次扩容都会扩容为原来的两倍大小。

3.散列冲突解决方法:

  HashMap底层采用链表法来解决冲突。但即使负载因子和散列函数设计得再合理,也免不了会出现拉链过长的情况,一旦出现拉链过长,则会严重影响HashMap的性能。于是,在JDK1.8版本中,为了对HashMap做进一步优化,引入了红黑树。而当链表长度太长(默认超过8)时,链表就转换为红黑树。可以利用红黑树快速增删改查的特点,提高HashMap的性能。当红黑树结点个数少于8个的时候,又会将红黑树转化为链表。因为在数据量较小的情况下,红黑树要维护平衡,比起链表来,性能上的优势并不明显。

4.散列函数:

static final int hash(Object key) {
    int h = key.hashCode();
    return (h ^ (h >>> 16)) & (capitity -1); //capicity表示散列表的大小
}

其中, hashCode()返回的是Java对象的hash code。

五、工业级的散列表应该具有哪些特性?该如何设计?

1、应该具有的特性:

  (1):支持快速的查询、插入、删除操作
  (2):内存占用合理,不能浪费过多的内存空间;
  (3):性能稳定,极端情况下,散列表的性能也不会退化到无法接受的情况。

2、设计准则:

  ():设计一个合适的散列函数;
  ():定义装载因子阈值,并且设计动态扩容策略;
  ():选择合适的散列冲突解决方法。

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