技术体系-计算机基础-数据结构-Hash表

什么是哈希表

哈希表是以 Key-Value 形式存储的的数据结构,当我们需要查找某个值,只需要输入相应的Key值即可。
首先我们看看整个哈希表的逻辑机构图

逻辑结构图

哈希的整个思路也比较简单,首先将Key按照特定的哈希算法(算法的选择,根据需要而定)函数H(Key)生成哈希值,再将哈希值转为数组的一个索引(Index);因为不同的哈希值可能获得同意额索引,也有可能不同的Key 但哈希值相同,所以接下来就是处理索引冲突。

常见的哈希函数

.正整数
如果Key是正整数,常用的哈希算法就是对Key取模运算,也就是对于长度为L的数组,那么对于任意的正整数N,获得 index = N%L
.字符串
对于字符串也可以采用取模的运算 来获取索引值,但是须将字符串转为正整数,常用的方法就是将字符串中的每个字符进行hash
例如Java中:

public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;

            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

哈希冲突

拉链法

通过H(key)可以将哈希值转为0 至 L-1范围内的索引,但是对于索引相同的情况,就需要有一种方法来解决这种问题。
一种比较简单的办法就是,将长度为L 的数组的每一个元素指向一个条链表,链表中的每一个节点都存储散列值为该索引的键值对,这就是拉链法。下图很清楚的描述了什么是拉链法
如下图所示

网络图片

图中,”John Smith”和”Sandra Dee” 通过哈希函数都指向了152 这个索引,该索引又指向了一个链表, 在链表中依次存储了这两个字符串。
该方法的基本思想就是选择足够长度的数组,使得所有的链表都尽可能的短小,以保证查找的效率。对采用拉链法的哈希实现的查找分为两步,首先是根据散列值找到对应的链表,然后沿着链表顺序找到相应的哈希值H(key)。此链表可以自己实现。当然,您也可以使用Java里面内置的LinkedList。使用拉链法最关键的就是选择合适长度的数组,使得因为链表太长而增加查找时间,又不会因为空置的链表的浪费空间。

开放地址法

这种方法也称再散列法,其基本思想是:当关键字key的哈希地址p=H(key)出现冲突时,以p为基础,产生另一个哈希地址p1,如果p1仍然冲突,再以p为基础,产生另一个哈希地址p2,以此类推直到找出一个不冲突的哈希地址pi ,将相应元素存入其中。这种方法有一个通用的再散列函数形式:
Hi=(H(key)+di)% m (i=1,2,…,n)
其中H(key)为哈希函数,m 为表长,di称为增量序列。增量序列的取值方式不同,相应的再散列方式也不同。主要有以下三种:

1.线性探测再散列法

di(i=1,2,3,…,m-1)
这种方法的特点是:冲突发生时,顺序查看表中下一单元地址,直到找出一个空单元或查遍全表。

2.二次探测再散列

di=12,-12,22,-22,…,k2,-k2 ( k<=m/2)
这种方法的特点是:冲突发生时,在表的左右进行跳跃式探测,比较灵活。

3.伪随机探测再散列

di=伪随机数序列。具体实现时,应建立一个伪随机数发生器,(如i=(i+p) % m),并给定一个随机数做起点。

例如,已知哈希表长度m=11,哈希函数为:H(key)= key % 11,则H(47)=3,H(26)=4,H(60)=5,假设下一个关键字为69,则H(69)=3,与47冲突。
如果用线性探测再散列处理冲突,下一个哈希地址为H1=(3 + 1)% 11 = 4,仍然冲突,再找下一个哈希地址为H2=(3 + 2)% 11 = 5,还是冲突,继续找下一个哈希地址为H3=(3 + 3)% 11 = 6,此时不再冲突,将69填入5号单元。
如果用二次探测再散列处理冲突,下一个哈希地址为H1=3 + 12)% 11 = 4,仍然冲突,再找下一个哈希地址为H2=(3 - 12)% 11 = 2,此时不再冲突,将69填入2号单元。
如果用伪随机探测再散列处理冲突,且伪随机数序列为:2,5,9,……..,则下一个哈希地址为H1=(3 + 2)% 11 = 5,仍然冲突,再找下一个哈希地址为H2=(3 + 5)% 11 = 8,此时不再冲突,将69填入8号单元。

再哈希法

这种方法是同时构造多个不同的哈希函数:
H=RHi(key) (i=1,2,…,k)
当哈希地址H=RHi(key)发生冲突时,再计算H=RHi+1(key,以此类推直到冲突不再产生。这种方法不易产生聚集,但增加了计算时间。

建立公共溢出区

这种方法的基本思想是:将哈希表分为基本表和溢出表两部分,凡是和基本表发生冲突的元素,一律填入溢出表。

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