18|散列表(下)为什么散列表要跟链表放在一起使用

带着问题去学习:
1.为什么散列表和链表经常放在一起使用?
2.散列表和链表如何组合起来使用?

一、为什么散列表和链表经常放在一起使用?

1.散列表的优点:支持高效的数据插入、删除和查找操作
2.散列表的缺点:不支持快速顺序遍历散列表中的数据
3.如何按照顺序快速遍历散列表的数据?只能将数据转移到数组,然后排序,最后再遍历数据。
4.我们知道散列表是动态的数据结构,需要频繁的插入和删除数据,那么每次顺序遍历之前都需要先排序,这势必会造成效率非常低下。
5.如何解决上面的问题呢?就是将散列表和链表(或跳表)结合起来使用。

二、散列表和链表如何组合起来使用?

1.LRU(Least Recently Used)缓存淘汰算法

1.1.LRU缓存淘汰算法主要操作有哪些?主要包含3个操作:

①往缓存中添加一个数据;
②从缓存中删除一个数据;
③在缓存中查找一个数据;
④总结:上面3个都涉及到查找。

1.2.如何用链表实现LRU缓存淘汰算法?

①需要维护一个按照访问时间从大到小的有序排列的链表结构。
②缓冲空间有限,当空间不足需要淘汰一个数据时直接删除链表头部的节点。
③当要缓存某个数据时,先在链表中查找这个数据。若未找到,则直接将数据放到链表的尾部。若找到,就把它移动到链表尾部。
④前面说了,LRU缓存的3个主要操作都涉及到查找,若单纯由链表实现,查找的时间复杂度很高为O(n)。若将链表和散列表结合使用,查找的时间复杂度会降低到O(1)。

1.3.如何使用散列表和链表实现LRU缓存淘汰算法?

①使用双向链表存储数据,链表中每个节点存储数据(data)、前驱指针(prev)、后继指针(next)和hnext指针(解决散列冲突的链表指针)。



②散列表通过链表法解决散列冲突,所以每个节点都会在两条链中。一条链是双向链表,另一条链是散列表中的拉链。前驱和后继指针是为了将节点串在双向链表中,hnext指针是为了将节点串在散列表的拉链中。
③LRU缓存淘汰算法的3个主要操作如何做到时间复杂度为O(1)呢?
首先,我们明确一点就是链表本身插入和删除一个节点的时间复杂度为O(1),因为只需更改几个指针指向即可。
接着,来分析查找操作的时间复杂度。当要查找一个数据时,通过散列表可实现在O(1)时间复杂度找到该数据,再加上前面说的插入或删除的时间复杂度是O(1),所以我们总操作的时间复杂度就是O(1)。

2.Redis有序集合

2.1.什么是有序集合?

①在有序集合中,每个成员对象有2个重要的属性,即key(键值)和score(分值)。
②不仅会通过score来查找数据,还会通过key来查找数据。

2.2.有序集合的操作有哪些?

举个例子,比如用户积分排行榜有这样一个功能:可以通过用户ID来查找积分信息,也可以通过积分区间来查找用户ID。这里用户ID就是key,积分就是score。所以,有序集合的操作如下:
①添加一个对象;
②根据键值删除一个对象;
③根据键值查找一个成员对象;
④根据分值区间查找数据,比如查找积分在[100.356]之间的成员对象;
⑤按照分值从小到大排序成员变量。
这时可以按照分值将成员对象组织成跳表结构,按照键值构建一个散列表。那么上面的所有操作都非常高效。
3.Java LinkedHashMap
和LRU缓存淘汰策略实现一模一样。支持按照插入顺序遍历数据,也支持按照访问顺序遍历数据。

三、课后思考

1.上面所讲的几个散列表和链表组合的例子里,我们都是使用双向链表。如果把双向链表改成单链表,还能否正常工作?为什么呢?

在删除一个元素时,虽然能 O(1) 的找到目标结点,但是要删除该结点需要拿到前一个结点的指针,遍历到前一个结点复杂度会变为 O(N),所以用双链表实现比较合适。

2.假设猎聘网有10万名猎头,每个猎头可以通过做任务(比如发布职位)来积累积分,然后通过积分来下载简历。假设你是猎聘网的一名工程师,如何在内存中存储这10万个猎头的ID和积分信息,让它能够支持这样几个操作:
1)根据猎头ID查收查找、删除、更新这个猎头的积分信息;
2)查找积分在某个区间的猎头ID列表;
3)查找按照积分从小到大排名在第x位到第y位之间的猎头ID列表。

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