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散列表(HashTable)

维基百科

散列表(Hash table,也叫哈希表),是根据键(Key)而直接访问在内存储存位置的数据结构。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。

散列算法的作用是尽可能快地在数据结构中找到一个值。

基本概念

  • 若关键字为k,则其值存放在f(k)的存储位置上。由此,不需比较便可直接取得所查记录。称这个对应关系f为散列函数,按这个思想建立的表为散列表。
  • 对不同的关键字可能得到同一散列地址,即k1**≠k2,而f(k1)=f(k2),这种现象称为冲突(英语:Collision)。具有相同函数值的关键字对该散列函数来说称做同义词。综上所述,根据散列函数f(k)**和处理冲突的方法将一组关键字映射到一个有限的连续的地址集(区间)上,并以关键字在地址集中的“像”作为记录在表中的存储位置,这种表便称为散列表,这一映射过程称为散列造表或散列,所得的存储位置称散列地址。
  • 若对于关键字集合中的任一个关键字,经散列函数映象到地址集合中任何一个地址的概率是相等的,则称此类散列函数为均匀散列函数(Uniform Hash function),这就是使关键字经过散列函数得到一个“随机的地址”,从而减少冲突。

常用方法

  • 直接寻址法:取关键字或关键字的某个线性函数值为散列地址。即 H(key)=key 或 H(key) = a·key + b,其中 a 和 b 为常数(这种散列函数叫做自身函数)。若其中 H(key)中已经有值了,就往下一个找,直到 H(key)中没有值了,就放进去。
  • 数字分析法:分析一组数据,比如一组员工的出生年月日,这时我们发现出生年月日的前几位数字大体相同,这样的话,出现冲突的几率就会很大,但是我们发现年月日的后几位表示月份和具体日期的数字差别很大,如果用后面的数字来构成散列地址,则冲突的几率会明显降低。因此数字分析法就是找出数字的规律,尽可能利用这些数据来构造冲突几率较低的散列地址。
  • 平方取中法:当无法确定关键字中哪几位分布较均匀时,可以先求出关键字的平方值,然后按需要取平方值的中间几位作为哈希地址。这是因为:平方后中间几位和关键字中每一位都相关,故不同关键字会以较高的概率产生不同的哈希地址。
  • 折叠法:将关键字分割成位数相同的几部分,最后一部分位数可以不同,然后取这几部分的叠加和(去除进位)作为散列地址。数位叠加可以有移位叠加和间界叠加两种方法。移位叠加是将分割后的每一部分的最低位对齐,然后相加;间界叠加是从一端向另一端沿分割界来回折叠,然后对齐相加。
  • 随机数法:选择一随机函数,取关键字的随机值作为散列地址,即 H(key)=random(key)其中 random 为随机函数,通常用于关键字长度不等的场合。
  • 除留余数法:取关键字被某个不大于散列表表长 m 的数 p 除后所得的余数为散列地址。即 H(key) = key MOD p,p<=m。不仅可以对关键字直接取模,也可在折叠、平方取中等运算之后取模。对 p 的选择很重要,一般取素数或 m,若 p 选的不好,容易产生同义词。+9

处理冲突

  • 开放寻址法:Hi=(H(key) + di) MOD m,i=1,2,…,k(k<=m-1),其中 H(key)为散列函数,m 为散列表长,di 为增量序列,可有下列三种取法:
    1. di=1,2,3,…,m-1,称线性探测再散列;
    2. di=1^2,-1^2,2^2,-2^2,⑶^2,…,±(k)^2,(k<=m/2)称二次探测再散列;
    3. di=伪随机数序列,称伪随机探测再散列。
  • 再散列法:Hi=RHi(key),i=1,2,…,k RHi 均是不同的散列函数,即在同义词产生地址冲突时计算另一个散列函数地址,直到冲突不再发生,这种方法不易产生“聚集”,但增加了计算时间。
  • 链地址法(拉链法)
  • 建立一个公共溢出区

核心方法

操作 描述
put(key,value) 向散列表增加一个新的项(也能更新散列表)
remove(key) 根据键值从散列表中移除值
get(key) 返回根据键值检索到的特定的值