设计哈希表
哈希表是一种数据结构,它使用哈希函数组织数据,以支持快速插入和搜索。在本文中,我们将简要说明哈希表的原理。
1哈希表原理
哈希表的关键思想是使用哈希函数将键映射到存储桶。更确切地说,
当我们插入一个新的键时,哈希函数将决定该键应该分配到哪个桶中,并将该键存储在相应的桶中;
当我们想要搜索一个键时,哈希表将使用相同的哈希函数来查找对应的桶,并只在特定的桶中进行搜索。
在示例中,我们使用 y = x % 5 作为哈希函数。让我们使用这个例子来完成插入和搜索策略:
1插入:我们通过哈希函数解析键,将它们映射到相应的桶中。
例如,1987 分配给桶 2,而 24 分配给桶 4。
2搜索:我们通过相同的哈希函数解析键,并仅在特定存储桶中搜索。
如果我们搜索 1987,我们将使用相同的哈希函数将1987 映射到 2。因此我们在桶 2 中搜索,我们在那个桶中成功找到了 1987。
例如,如果我们搜索 23,将映射 23 到 3,并在桶 3 中搜索。我们发现 23 不在桶 3 中,这意味着 23 不在哈希表中。
2设计哈希表的关键
在设计哈希表时,你应该注意两个基本因素。
2.1哈希函数
哈希函数是哈希表中最重要的组件,该哈希表用于将键映射到特定的桶。在上一篇文章中的示例中,我们使用 y = x % 5 作为散列函数,其中 x 是键值,y 是分配的桶的索引。
散列函数将取决于键值的范围和桶的数量。
下面是一些哈希函数的示例:
哈希函数的设计是一个开放的问题。其思想是尽可能将键分配到桶中,理想情况下,完美的哈希函数将是键和桶之间的一对一映射。然而,在大多数情况下,哈希函数并不完美,它需要在桶的数量和桶的容量之间进行权衡。
2.2冲突解决
理想情况下,如果我们的哈希函数是完美的一对一映射,我们将不需要处理冲突。不幸的是,在大多数情况下,冲突几乎是不可避免的。例如,在我们之前的哈希函数(y = x % 5)中,1987 和 2 都分配给了桶 2,这是一个冲突。
冲突解决算法应该解决以下几个问题:
1如何组织在同一个桶中的值?
2如果为同一个桶分配了太多的值,该怎么办?
3如何在特定的桶中搜索目标值?
根据我们的哈希函数,这些问题与桶的容量和可能映射到同一个桶的键的数目有关。
让我们假设存储最大键数的桶有 N 个键。
通常,如果 N 是常数且很小,我们可以简单地使用一个数组将键存储在同一个桶中。如果 N 是可变的或很大,我们可能需要使用高度平衡的二叉树来代替.。