Java深入了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之哈希表篇
1，概念
順序結(jié)構(gòu)以及平衡樹中，元素關(guān)鍵碼與其存儲位置之間沒有對應(yīng)的關(guān)系，因此在查找一個元素時，必須要經(jīng)過關(guān)鍵 碼的多次比較。順序查找時間復(fù)雜度為O(N)，平衡樹中為樹的高度，即O( )，搜索的效率取決于搜索過程中 元素的比較次數(shù)。
理想的搜索方法：可以不經(jīng)過任何比較，一次直接從表中得到要搜索的元素。 如果構(gòu)造一種存儲結(jié)構(gòu)，通過某種函 數(shù)(hashFunc)使元素的存儲位置與它的關(guān)鍵碼之間能夠建立一一映射的關(guān)系，那么在查找時通過該函數(shù)可以很快找到該元素。
當(dāng)向該結(jié)構(gòu)中：
插入元素
根據(jù)待插入元素的關(guān)鍵碼，以此函數(shù)計算出該元素的存儲位置并按此位置進行存放
搜索元素
對元素的關(guān)鍵碼進行同樣的計算，把求得的函數(shù)值當(dāng)做元素的存儲位置，在結(jié)構(gòu)中按此位置取元素比較，若關(guān)鍵碼相等，則搜索成功
例如：數(shù)據(jù)集合{1，7，6，4，5，9}；
哈希函數(shù)設(shè)置為：hash(key) = key % capacity; capacity為存儲元素底層空間總的大小。
2，沖突-避免
首先，我們需要明確一點，由于我們哈希表底層數(shù)組的容量往往是小于實際要存儲的關(guān)鍵字的數(shù)量的，這就導(dǎo)致一 個問題，沖突的發(fā)生是必然的，但我們能做的應(yīng)該是盡量的降低沖突率。
3，沖突-避免-哈希函數(shù)設(shè)計
常見哈希函數(shù)
直接定制法--(常用)
取關(guān)鍵字的某個線性函數(shù)為散列地址：Hash（Key）= A*Key + B 優(yōu)點：簡單、均勻 缺點：需要事先知道關(guān) 鍵字的分布情況 使用場景：適合查找比較小且連續(xù)的情況
除留余數(shù)法--(常用)
設(shè)散列表中允許的地址數(shù)為m，取一個不大于m，但最接近或者等于m的質(zhì)數(shù)p作為除數(shù)，按照哈希函數(shù)： Hash(key) = key% p(p<=m),將關(guān)鍵碼轉(zhuǎn)換成哈希地址
平方取中法--(了解)
假設(shè)關(guān)鍵字為1234，對它平方就是1522756，抽取中間的3位227作為哈希地址； 再比如關(guān)鍵字為4321，對 它平方就是18671041，抽取中間的3位671(或710)作為哈希地址 平方取中法比較適合：不知道關(guān)鍵字的分 布，而位數(shù)又不是很大的情況
4，沖突-避免-負(fù)載因子調(diào)節(jié)
?負(fù)載因子和沖突率的關(guān)系粗略演示
所以當(dāng)沖突率達到一個無法忍受的程度時，我們需要通過降低負(fù)載因子來變相的降低沖突率。 、已知哈希表中已有的關(guān)鍵字個數(shù)是不可變的，那我們能調(diào)整的就只有哈希表中的數(shù)組的大小。
5，沖突-解決-閉散列
閉散列：也叫開放定址法，當(dāng)發(fā)生哈希沖突時，如果哈希表未被裝滿，說明在哈希表中必然還有空位置，那么可以 把key存放到?jīng)_突位置中的“下一個” 空位置中去。
①線性探測
比如上面的場景，現(xiàn)在需要插入元素44，先通過哈希函數(shù)計算哈希地址，下標(biāo)為4，因此44理論上應(yīng)該插在該 位置，但是該位置已經(jīng)放了值為4的元素，即發(fā)生哈希沖突。 線性探測：從發(fā)生沖突的位置開始，依次向后探測，直到尋找到下一個空位置為止。
插入
通過哈希函數(shù)獲取待插入元素在哈希表中的位置 如果該位置中沒有元素則直接插入新元素，如果該位置中有元素發(fā)生哈希沖突，使用線性探測找到 下一個空位置，插入新元素
采用閉散列處理哈希沖突時，不能隨便物理刪除哈希表中已有的元素，若直接刪除元素會影響其他 元素的搜索。比如刪除元素4，如果直接刪除掉，44查找起來可能會受影響。因此線性探測采用標(biāo) 記的偽刪除法來刪除一個元素。
②二次探測
線性探測的缺陷是產(chǎn)生沖突的數(shù)據(jù)堆積在一塊，這與其找下一個空位置有關(guān)系，因為找空位置的方式就是挨 著往后逐個去找，因此二次探測為了避免該問題，找下一個空位置的方法為： = ( + )% m, 或者： = ( - )% m。其中：i = 1,2,3…， 是通過散列函數(shù)Hash(x)對元素的關(guān)鍵碼 key 進行計算得到的位置， m是表的大小。 對于2.1中如果要插入44，產(chǎn)生沖突，使用解決后的情況為：
研究表明：當(dāng)表的長度為質(zhì)數(shù)且表裝載因子a不超過0.5時，新的表項一定能夠插入，而且任何一個位置都不 會被探查兩次。因此只要表中有一半的空位置，就不會存在表滿的問題。在搜索時可以不考慮表裝滿的情 況，但在插入時必須確保表的裝載因子a不超過0.5，如果超出必須考慮增容。
6，沖突-解決-開散列/哈希桶
開散列法又叫鏈地址法(開鏈法)，首先對關(guān)鍵碼集合用散列函數(shù)計算散列地址，具有相同地址的關(guān)鍵碼歸于同一子 集合，每一個子集合稱為一個桶，各個桶中的元素通過一個單鏈表鏈接起來，各鏈表的頭結(jié)點存儲在哈希表中。
static class Node {
public int key;
public int val;
public Node next;
public Node(int key, int val) {
this.key = key;
this.val = val;
}
}
private Node[] array;
public int usedSize;
public HashBucket() {
this.array = new Node[10];
this.usedSize = 0;
}
public void put(int key,int val){
int index = key % this.array.length;
Node cur = array[index];
while (cur != null){
if(cur.val == key){
cur.val = val;
return;
}
cur = cur.next;
}
//頭插法
Node node = new Node(key,val);
node.next = array[index];
array[index] = node;
this.usedSize++;
if(loadFactor() >= 0.75){
resize();
}
}
public int get(int key) {
//以什么方式存儲的 那就以什么方式取
int index = key % this.array.length;
Node cur = array[index];
while (cur != null) {
if(cur.key == key) {
return cur.val;
}
cur = cur.next;
}
return -1;//
}
public void resize(){
Node[] newArray = new Node[2*this.array.length];
for (int i = 0; i < this.array.length; i++){
Node cur = array[i];
Node curNext = null;
while (cur != null){
curNext = cur.next;
int index = cur.key % newArray.length;
cur.next = newArray[i];
newArray[i] = cur;
cur = curNext.next;
cur = curNext;
}
}
this.array = newArray;
}
7，完整代碼
class HashBucket {
static class Node {
public int key;
public int val;
public Node next;
public Node(int key, int val) {
this.key = key;
this.val = val;
}
}
private Node[] array;
public int usedSize;
public HashBucket() {
this.array = new Node[10];
this.usedSize = 0;
}
public void put(int key,int val) {
//1、確定下標(biāo)
int index = key % this.array.length;
//2、遍歷這個下標(biāo)的鏈表
Node cur = array[index];
while (cur != null) {
//更新val
if(cur.key == key) {
cur.val = val;
return;
}
cur = cur.next;
}
//3、cur == null 當(dāng)前數(shù)組下標(biāo)的 鏈表 沒要key
Node node = new Node(key,val);
node.next = array[index];
array[index] = node;
this.usedSize++;
//4、判斷 當(dāng)前 有沒有超過負(fù)載因子
if(loadFactor() >= 0.75) {
//擴容
resize();
}
}
public int get(int key) {
//以什么方式存儲的 那就以什么方式取
int index = key % this.array.length;
Node cur = array[index];
while (cur != null) {
if(cur.key == key) {
return cur.val;
}
cur = cur.next;
}
return -1;//
}
public double loadFactor() {
return this.usedSize*1.0 / this.array.length;
}
public void resize(){
Node[] newArray = new Node[2*this.array.length];
for (int i = 0; i < this.array.length; i++){
Node cur = array[i];
Node curNext = null;
while (cur != null){
curNext = cur.next;
int index = cur.key % newArray.length;
cur.next = newArray[i];
newArray[i] = cur;
cur = curNext.next;
cur = curNext;
}
}
this.array = newArray;
}
}
到此這篇關(guān)于Java深入了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之哈希表篇的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 哈希表內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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