mirror of
https://github.com/krahets/hello-algo.git
synced 2024-12-25 01:46:29 +08:00
Update the chapter of hashing.
This commit is contained in:
parent
bc2561fb51
commit
d1efac36ca
7 changed files with 76 additions and 61 deletions
|
@ -22,15 +22,15 @@ class ArrayHashMap {
|
|||
private List<Entry> bucket;
|
||||
public ArrayHashMap() {
|
||||
// 初始化一个长度为 10 的桶(数组)
|
||||
bucket = new ArrayList<>(10);
|
||||
for (int i = 0; i < 10; i++) {
|
||||
bucket = new ArrayList<>();
|
||||
for (int i = 0; i < 100; i++) {
|
||||
bucket.add(null);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 哈希函数 */
|
||||
private int hashFunc(int key) {
|
||||
int index = key % 10000;
|
||||
int index = key % 100;
|
||||
return index;
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
@ -102,23 +102,23 @@ public class array_hash_map {
|
|||
|
||||
/* 添加操作 */
|
||||
// 在哈希表中添加键值对 (key, value)
|
||||
map.put(10001, "小哈");
|
||||
map.put(10002, "小啰");
|
||||
map.put(10003, "小算");
|
||||
map.put(10004, "小法");
|
||||
map.put(10005, "小哇");
|
||||
map.put(12836, "小哈");
|
||||
map.put(15937, "小啰");
|
||||
map.put(16750, "小算");
|
||||
map.put(13276, "小法");
|
||||
map.put(10583, "小鸭");
|
||||
System.out.println("\n添加完成后,哈希表为\nKey -> Value");
|
||||
map.print();
|
||||
|
||||
/* 查询操作 */
|
||||
// 向哈希表输入键 key ,得到值 value
|
||||
String name = map.get(10002);
|
||||
System.out.println("\n输入学号 10002 ,查询到姓名 " + name);
|
||||
String name = map.get(15937);
|
||||
System.out.println("\n输入学号 15937 ,查询到姓名 " + name);
|
||||
|
||||
/* 删除操作 */
|
||||
// 在哈希表中删除键值对 (key, value)
|
||||
map.remove(10005);
|
||||
System.out.println("\n删除 10005 后,哈希表为\nKey -> Value");
|
||||
map.remove(10583);
|
||||
System.out.println("\n删除 10583 后,哈希表为\nKey -> Value");
|
||||
map.print();
|
||||
|
||||
/* 遍历哈希表 */
|
||||
|
|
|
@ -15,23 +15,23 @@ public class hash_map {
|
|||
|
||||
/* 添加操作 */
|
||||
// 在哈希表中添加键值对 (key, value)
|
||||
map.put(10001, "小哈");
|
||||
map.put(10002, "小啰");
|
||||
map.put(10003, "小算");
|
||||
map.put(10004, "小法");
|
||||
map.put(10005, "小哇");
|
||||
map.put(12836, "小哈");
|
||||
map.put(15937, "小啰");
|
||||
map.put(16750, "小算");
|
||||
map.put(13276, "小法");
|
||||
map.put(10583, "小鸭");
|
||||
System.out.println("\n添加完成后,哈希表为\nKey -> Value");
|
||||
PrintUtil.printHashMap(map);
|
||||
|
||||
/* 查询操作 */
|
||||
// 向哈希表输入键 key ,得到值 value
|
||||
String name = map.get(10002);
|
||||
System.out.println("\n输入学号 10002 ,查询到姓名 " + name);
|
||||
String name = map.get(15937);
|
||||
System.out.println("\n输入学号 15937 ,查询到姓名 " + name);
|
||||
|
||||
/* 删除操作 */
|
||||
// 在哈希表中删除键值对 (key, value)
|
||||
map.remove(10005);
|
||||
System.out.println("\n删除 10005 后,哈希表为\nKey -> Value");
|
||||
map.remove(10583);
|
||||
System.out.println("\n删除 10583 后,哈希表为\nKey -> Value");
|
||||
PrintUtil.printHashMap(map);
|
||||
|
||||
/* 遍历哈希表 */
|
||||
|
|
|
@ -1,5 +1,5 @@
|
|||
'''
|
||||
File: que.py
|
||||
File: queue.py
|
||||
Created Time: 2022-11-29
|
||||
Author: Peng Chen (pengchzn@gmail.com)
|
||||
'''
|
||||
|
|
BIN
docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_collision.png
Normal file
BIN
docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_collision.png
Normal file
Binary file not shown.
After Width: | Height: | Size: 82 KiB |
BIN
docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_function.png
Normal file
BIN
docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_function.png
Normal file
Binary file not shown.
After Width: | Height: | Size: 87 KiB |
BIN
docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_map.png
Normal file
BIN
docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_map.png
Normal file
Binary file not shown.
After Width: | Height: | Size: 63 KiB |
|
@ -4,9 +4,34 @@ comments: true
|
|||
|
||||
# 哈希表
|
||||
|
||||
哈希表通过建立「键 Key」和「值 Value」之间的映射,实现高效的元素查找。具体地,查询操作(给定一个 Key 查询得到 Value)的时间复杂度为 $O(1)$ 。
|
||||
哈希表通过建立「键 Key」和「值 Value」之间的映射,实现高效的元素查找。具体地,输入一个 Key ,在哈希表中查询并获取 Value ,时间复杂度为 $O(1)$ 。
|
||||
|
||||
(图)
|
||||
例如,给定一个包含 $n$ 个学生的数据库,每个学生有 "姓名 `name` ” 和 “学号 `id` ” 两项数据,希望实现一个查询功能:**输入一个学号,返回对应的姓名**,则可以使用哈希表实现。
|
||||
|
||||
![hash_map](hash_map.assets/hash_map.png)
|
||||
|
||||
<p align="center"> Fig. 哈希表抽象表示 </p>
|
||||
|
||||
## 哈希表优势
|
||||
|
||||
除了哈希表之外,还可以使用以下数据结构来实现上述查询功能:
|
||||
|
||||
- **无序数组:** 每个元素为 `[学号, 姓名]` ;
|
||||
- **有序数组:** 将 `1.` 中的数组按照学号从小到大排序;
|
||||
- **链表:** 每个结点的值为 `[学号, 姓名]` ;
|
||||
- **二叉搜索树:** 每个结点的值为 `[学号, 姓名]` ,根据学号大小来构建树;
|
||||
|
||||
使用上述方法,各项操作的时间复杂度如下表所示(在此不做赘述,详解可见 [二叉搜索树章节](https://www.hello-algo.com/chapter_tree/binary_search_tree/#_6))。无论是查找元素、还是增删元素,哈希表的时间复杂度都是 $O(1)$ ,全面胜出!
|
||||
|
||||
<div class="center-table" markdown>
|
||||
|
||||
| | 无序数组 | 有序数组 | 链表 | 二叉搜索树 | 哈希表 |
|
||||
| -------- | -------- | ----------- | ------ | ----------- | ------ |
|
||||
| 查找元素 | $O(n)$ | $O(\log n)$ | $O(n)$ | $O(\log n)$ | $O(1)$ |
|
||||
| 插入元素 | $O(1)$ | $O(n)$ | $O(1)$ | $O(\log n)$ | $O(1)$ |
|
||||
| 删除元素 | $O(n)$ | $O(n)$ | $O(n)$ | $O(\log n)$ | $O(1)$ |
|
||||
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
## 哈希表常用操作
|
||||
|
||||
|
@ -18,19 +43,19 @@ Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
|
|||
|
||||
/* 添加操作 */
|
||||
// 在哈希表中添加键值对 (key, value)
|
||||
map.put(10001, "小哈");
|
||||
map.put(10002, "小啰");
|
||||
map.put(10003, "小算");
|
||||
map.put(10004, "小法");
|
||||
map.put(10005, "小哇");
|
||||
map.put(12836, "小哈");
|
||||
map.put(15937, "小啰");
|
||||
map.put(16750, "小算");
|
||||
map.put(13276, "小法");
|
||||
map.put(10583, "小鸭");
|
||||
|
||||
/* 查询操作 */
|
||||
// 向哈希表输入键 key ,得到值 value
|
||||
String name = map.get(10002);
|
||||
String name = map.get(15937);
|
||||
|
||||
/* 删除操作 */
|
||||
// 在哈希表中删除键值对 (key, value)
|
||||
map.remove(10005);
|
||||
map.remove(10583);
|
||||
```
|
||||
|
||||
遍历哈希表有三种方式,即 **遍历键值对、遍历键、遍历值**。
|
||||
|
@ -51,28 +76,6 @@ for (String val: map.values()) {
|
|||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 哈希表优势
|
||||
|
||||
给定一个包含 $n$ 个学生的数据库,每个学生有 "姓名 `name` ” 和 “学号 `id` ” 两项数据,希望实现一个查询功能,即 **输入一个学号,返回对应的姓名**,那么可以使用哪些数据结构来存储呢?
|
||||
|
||||
- **无序数组:** 每个元素为 `[学号, 姓名]` ;
|
||||
- **有序数组:** 将 `1.` 中的数组按照学号从小到大排序;
|
||||
- **链表:** 每个结点的值为 `[学号, 姓名]` ;
|
||||
- **二叉搜索树:** 每个结点的值为 `[学号, 姓名]` ,根据学号大小来构建树;
|
||||
- **哈希表:** 以学号为 Key 、姓名为 Value 。
|
||||
|
||||
使用上述方法,各项操作的时间复杂度如下表所示(在此不做赘述,详解可见 [二叉搜索树章节](https://www.hello-algo.com/chapter_tree/binary_search_tree/#_6)),**哈希表全面胜出!**
|
||||
|
||||
<div class="center-table" markdown>
|
||||
|
||||
| | 无序数组 | 有序数组 | 链表 | 二叉搜索树 | 哈希表 |
|
||||
| ------------ | -------- | ----------- | ------ | ----------- | ------ |
|
||||
| 查找指定元素 | $O(n)$ | $O(\log n)$ | $O(n)$ | $O(\log n)$ | $O(1)$ |
|
||||
| 插入元素 | $O(1)$ | $O(n)$ | $O(1)$ | $O(\log n)$ | $O(1)$ |
|
||||
| 删除元素 | $O(n)$ | $O(n)$ | $O(n)$ | $O(\log n)$ | $O(1)$ |
|
||||
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
## 哈希函数
|
||||
|
||||
哈希表中存储元素的数据结构被称为「桶 Bucket」,底层实现可能是数组、链表、二叉树(红黑树),或是它们的组合。
|
||||
|
@ -87,10 +90,12 @@ for (String val: map.values()) {
|
|||
以上述学生数据 `Key 学号 -> Value 姓名` 为例,我们可以将「哈希函数」设计为
|
||||
|
||||
$$
|
||||
f(x) = x \% 10000
|
||||
f(x) = x \% 100
|
||||
$$
|
||||
|
||||
(图)
|
||||
![hash_function](hash_map.assets/hash_function.png)
|
||||
|
||||
<p align="center"> Fig. 哈希函数 </p>
|
||||
|
||||
```java title="array_hash_map.java"
|
||||
/* 键值对 int->String */
|
||||
|
@ -107,16 +112,16 @@ class Entry {
|
|||
class ArrayHashMap {
|
||||
private List<Entry> bucket;
|
||||
public ArrayHashMap() {
|
||||
// 初始化一个长度为 10 的桶(数组)
|
||||
// 初始化一个长度为 100 的桶(数组)
|
||||
bucket = new ArrayList<>();
|
||||
for (int i = 0; i < 10; i++) {
|
||||
for (int i = 0; i < 100; i++) {
|
||||
bucket.add(null);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 哈希函数 */
|
||||
private int hashFunc(int key) {
|
||||
int index = key % 10000;
|
||||
int index = key % 100;
|
||||
return index;
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
@ -146,8 +151,18 @@ class ArrayHashMap {
|
|||
|
||||
## 哈希冲突
|
||||
|
||||
细心的同学可能会发现,哈希函数 $f(x) = x \% 10000$ 会在某些情况下失效。例如,当输入的 Key 为 10001, 20001, 30001, ... 时,哈希函数的计算结果都是 1 ,指向同一个 Value ,表明不同学号指向了同一个人,这明显是不对的。
|
||||
细心的同学可能会发现,**哈希函数 $f(x) = x \% 100$ 会在某些情况下失效**。具体地,当输入的 Key 后两位相同时,哈希函数的计算结果也相同,指向同一个 Value 。例如,分别查询两个学号 12836 和 20336 ,则有
|
||||
$$
|
||||
f(12836) = f(20336) = 36
|
||||
$$
|
||||
导致两个学号指向了同一个姓名,这明显是不对的。我们将这种现象称为「哈希冲突 Hash Collision」,其会严重影响查询的正确性,我们将如何避免哈希冲突的问题留在下章讨论。
|
||||
|
||||
上述现象被称为「哈希冲突 Hash Collision」,其会严重影响查询的正确性,我们将如何避免哈希冲突的问题留在下章讨论。
|
||||
![hash_collision](hash_map.assets/hash_collision.png)
|
||||
|
||||
(图)
|
||||
<p align="center"> Fig. 哈希冲突 </p>
|
||||
|
||||
综上所述,一个优秀的「哈希函数」应该具备以下特性:
|
||||
|
||||
- 尽量少地发生哈希冲突;
|
||||
- 时间复杂度 $O(1)$ ,计算尽可能高效;
|
||||
- 空间使用率高,即 “键值对占用空间 / 哈希表总占用空间” 尽可能大;
|
||||
|
|
Loading…
Reference in a new issue