散列表(哈希表)

一、什么是散列表?

散列表又叫哈希表,通俗来讲,就是把范围很大的一个数组中的数映射到范围很小的数组中去。比如说把1000范围的数映射到100范围中。那么问题来了,如果真的有1000个数需要映射到大小为100的数组中,那么就一定有两个或两个以上的数映射到数组中的同一个位置,好比我们去蹲坑,1000个人,但是只有100个坑,不可能每个人都有一个坑,至少有两个人会在同一个坑里拉这自然是不行的,我们把这种情况叫做冲突,所以我们需要解决冲突,下面我们详细讲解两种解决冲突的方式,分别是拉链法和开放寻址法。

二、散列表的两个基本操作

  • 插入操作

  • 查找操作

这两种操作在不同的方法中会有不同的实现,如下:

三、拉链法

先看一幅图:

image.png

1.基本原理

把一个范围很大的数组映射在上面的数组当中,如果有两个或两个以上的数据被映射到同一个数组元素中,那么就采用单链表来存储,每一个数组单位都有一个链表且是该链表的表头,这就是基本的存储结构。

2.插入操作

首先找到旧数组在新数组中的映射,也就是某一个数组元素,然后按照链表的方式插入

void insert(int x)
{
    int k = (x % N + N ) % N;
    e[idx] = x;
    ne[idx] = h[k];
    h[k] = idx++;
}

3.查找操作

首先也是先找到某一个数在新数组中的映射,也就是一个数组元素,然后以这个数组元素为链表的表头,遍历该链表,如果找到就返回true,如果没找到就返回false

bool find(int x) 
{
    int k = (x % N + N ) % N;
    for(int i = h[k]; i != -1; i = ne[i])
        if(e[i] == x)
            return true;
    return false;
}

4.案例

维护一个集合,支持如下几种操作:

  1. I x,插入一个数 x;

  2. Q x,询问数 x 是否在集合中出现过;

现在要进行 N 次操作,对于每个询问操作输出对应的结果。

输入格式

第一行包含整数 N,表示操作数量。

接下来 N 行,每行包含一个操作指令,操作指令为 I xQ x 中的一种。

输出格式

对于每个询问指令 Q x,输出一个询问结果,如果 x 在集合中出现过,则输出 Yes,否则输出 No

每个结果占一行。

数据范围

1≤N≤105 −109≤x≤109

输入样例:

5
I 1
I 2
I 3
Q 2
Q 5

输出样例:

Yes
No

代码如下:

#include <iostream>
#include <cstring>

const int N = 100003;

int h[N], e[N], ne[N],idx;

void insert(int x)
{
    int k = (x % N + N ) % N;
    e[idx] = x;
    ne[idx] = h[k];
    h[k] = idx++;
}

bool find(int x) 
{
    int k = (x % N + N ) % N;
    for(int i = h[k]; i != -1; i = ne[i])
        if(e[i] == x)
            return true;
    return false;
}


int main() 
{
    int n;
    scanf("%d", &n);
    memset(h, -1, sizeof h);
    while(n--) 
    {
        char op[2];
        int x;
        scanf("%s%d", op, &x);
        if(*op == 'I') insert(x);
        else
        {
            if(find(x)) puts("Yes");
            else puts("No");
        }
    }
    return 0;
}

四、开放寻址法

image.png

1.基本原理

把一个范围很大的数组映射到一个新数组当中。把某一个元素映射到新数组中的某个位置时,如果该位置为空(或为无穷大),就把那个元素放在这个位置,如果该位置不为空(其实就是之前已经放了一个元素了),就把这个元素放在该位置的下一个位置,如果下一个位置也不为空,就把这个放在再下一个位置,以此类推,查找插入都是这个过程。

其实主要就是查找操作,插入操作就是在查找操作的基础上进行了赋值。

2.查找操作

查找某一个元素x,如果映射到新数组的位置上为空,就返回该位置

如果映射到新数组的位置上不为空,且该位置存放的元素为x,就返回这个位置

如果映射到新数组的位置上不为空,且该位置存放的元素不为x,则位置++,直至某一个位置为空或者为空且值相同

int find(int x) 
{
    int k = (x % N + N) % N;
    while(h[k] != null && h[k] !=x) 
    {
        k++;
        if(k == N) k = 0;
    }
    return k;
}

3.插入操作

要插入某一个元素x,先映射到新数组,再查找有没有这个x

如果恰好有的话,就重新赋值为x,其实都一样,存放的还是x(其实不修改也行,但是这样做方便书写下面的代码(两行搞定),否则还得再写一个if语句)

如果没有,就找到从映射到的位置之后为空的那个位置,把这个x放进去

int k = find(x);
h[k] = x;

4.案例

还是拉链法中的例子,这次用开放寻址法重新解决

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;
const int N = 200003, null = 0x3f3f3f3f;

int h[N];


int find(int x) 
{
    int k = (x % N + N) % N;
    while(h[k] != null && h[k] !=x) 
    {
        k++;
        if(k == N) k = 0;
    }
    return k;
}


int main() 
{
    int n;
    scanf("%d", &n);
    memset(h, 0x3f, sizeof h);
    while(n--) 
    {
        char op[2];
        int x;
        scanf("%s%d", op, &x);
        if(*op == 'I')
        {
            int k = find(x);
            h[k] = x;
        }
        else 
        {
            int k = find(x);
            if(h[k] != null) 
                puts("Yes");
            else 
                puts("No");
        }
    }
}
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