六六力扣刷题哈希表之哈希理论

简介: 六六力扣刷题哈希表之哈希理论

前言

之前小六六一直觉得自己的算法比较菜,算是一个短板吧,以前刷题也还真是三天打鱼,两天晒网,刷几天,然后就慢慢的不坚持了,所以这次,借助平台的活动,打算慢慢的开始开刷,并且自己还会给刷的题总结下,谈谈自己的一些思考,和自己的思路等等,希望对小伙伴能有所帮助吧,也可以借此机会把自己短板补一补,希望自己能坚持下去呀

数组的文章合集

数组我们就先写到这,今天我们来看看哈希吧,因为哈希的底层其实也是数组和链表嘛

哈希表

首先什么是 哈希表,哈希表(英文名字为Hash table,国内也有一些算法书籍翻译为散列表,大家看到这两个名称知道都是指hash table就可以了)。

哈希表是根据关键码的值而直接进行访问的数据结构。

这么这官方的解释可能有点懵,其实直白来讲其实数组就是一张哈希表。

哈希表中关键码就是数组的索引下标,然后通过下标直接访问数组中的元素,如下图所示:

image.png

那么哈希表能解决什么问题呢,一般哈希表都是用来快速判断一个元素是否出现集合里。

例如要查询一个名字是否在这所学校里。

要枚举的话时间复杂度是O(n),但如果使用哈希表的话, 只需要O(1)就可以做到。

我们只需要初始化把这所学校里学生的名字都存在哈希表里,在查询的时候通过索引直接就可以知道这位同学在不在这所学校里了。

将学生姓名映射到哈希表上就涉及到了hash function ,也就是哈希函数

哈希函数

哈希函数,把学生的姓名直接映射为哈希表上的索引,然后就可以通过查询索引下标快速知道这位同学是否在这所学校里了。

哈希函数如下图所示,通过hashCode把名字转化为数值,一般hashcode是通过特定编码方式,可以将其他数据格式转化为不同的数值,这样就把学生名字映射为哈希表上的索引数字了。

image.png

如果hashCode得到的数值大于 哈希表的大小了,也就是大于tableSize了,怎么办呢?

此时为了保证映射出来的索引数值都落在哈希表上,我们会在再次对数值做一个取模的操作,就要我们就保证了学生姓名一定可以映射到哈希表上了。

此时问题又来了,哈希表我们刚刚说过,就是一个数组。

如果学生的数量大于哈希表的大小怎么办,此时就算哈希函数计算的再均匀,也避免不了会有几位学生的名字同时映射到哈希表 同一个索引下标的位置。

接下来哈希碰撞登场

哈希碰撞

hash碰撞指的是,两个不同的值(比如张三、小六六的学号)经过hash计算后,得到的hash值相同,后来的李四要放到原来的张三的位置,但是数组的位置已经被张三占了,导致冲突。

hash碰撞的解决方式是开放寻址法和拉链法,再哈希法

开放寻址法

开放地址法有一个公式: Hi = H((key)+di) % m (i = 1,2,3,...,k)  (k <= m-1)

其中,m为哈希表的表长,di是产生冲突时的增量序列。 ①线性探查法 当didi取值为1,即为线性探查法,每次冲突后,向后移动一个位置。 基本思想: 将散列表T[0…m-1]看成是一个循环向量,若初始探查的地址为d(即h(key)=d),则最长的探查序列为:d,d+l,d+2,…,m-1,0,1,…,d-1即:探查时从地址d开始,首先探查T[d],然后依次探查T[d+1],…,直到T[m-1],此后又循环到T[0],T[1],…,直到探查到T[d-1]为止。 探查过程终止于三种情况: (1)若当前探查的单元为空,则表示查找失败(若是插入则将key写入其中); (2)若当前探查的单元中含有key,则查找成功,但对于插入意味着失败; (3)若探查到T[d-1]时仍未发现空单元也未找到key,则无论是查找还是插入均意味着失败(此时表满)。 缺点:

处理溢出需另编程序。 按上述算法建立起来的哈希表,删除工作非常困难。假如要从哈希表 HT 中删除一个记录,按理应将这个记录所在位置置为空,但我们不能这样做,而只能标上已被删除的标记,否则,将会影响以后的查找。 线性探测法很容易产生堆聚现象。所谓堆聚现象,就是存入哈希表的记录在表中连成一片。按照线性探测法处理冲突,如果生成哈希地址的连续序列愈长 ( 即不同关键字值的哈希地址相邻在一起愈长 ) ,则当新的记录加入该表时,与这个序列发生冲突的可能性愈大。因此,哈希地址的较长连续序列比较短连续序列生长得快,这就意味着,一旦出现堆聚 ( 伴随着冲突 ) ,就将引起进一步的堆聚。

线性补偿探测法

将线性探测的步长从 1 改为 Q ,即将上述算法中的 j = (j + 1) % m 改为: j = (j + Q) % m ,而且要求 Q 与 m 是互质的,以便能探测到哈希表中的所有单元。

将线性探测的步长从常数改为随机数,即令: j = (j + RN) % m ,其中 RN 是一个随机数。在实际程序中应预先用随机数发生器产生一个随机序列,将此序列作为依次探测的步长。这样就能使不同的关键字具有不同的探测次序,从而可以避 免或减少堆聚。基于与线性探测法相同的理由,在线性补偿探测法和随机探测法中,删除一个记录后也要打上删除标记。

再哈希法

这种方法是同时构造多个不同的哈希函数:

Hi=RH1(key) i=1,2,…,k

当哈希地址Hi=RH1(key)发生冲突时,再计算Hi=RH2(key)……,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。

链地址法(拉链法)

可以理解为数组+链表,即在一个线性数组里的每一个元素存储一个链表的头结点。例如:, 第一个键值对A进来,通过计算其key的hash得到的index=0,记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B,通过计算其index也等于0,则进行B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。 优点: ① 拉链法处理冲突简单,且无堆积现象,即非同义词决不会发生冲突,因此平均查找长度较短; ② 由于拉链法中各链表上的结点空间是动态申请的,故它更适合于造表前无法确定表长的情况; ③ 开放定址法为减少冲突,要求装填因子α较小,故当结点规模较大时会浪费很多空间。而拉链法中可取α≥1,且结点较大时,拉链法中增加的指针域可忽略不计,因此节省空间; ④ 在用拉链法构造的散列表中,删除结点的操作易于实现。只要简单地删去链表上相应的结点即可。而对开放地址法构造的散列表,删除结点不能简单地将被删结 点的空间置为空,否则将截断在它之后填人散列表的同义词结点的查找路径。这是因为各种开放地址法中,空地址单元(即开放地址)都是查找失败的条件。因此在 用开放地址法处理冲突的散列表上执行删除操作,只能在被删结点上做删除标记,而不能真正删除结点。 缺点: 指针需要额外的空间,故当结点规模较小时,开放定址法较为节省空间,而若将节省的指针空间用来扩大散列表的规模,可使装填因子变小,这又减少了开放定址法中的冲突,从而提高平均查找速度。

结束

好了今天就到了,我是小六六,三天打鱼,两天晒网!

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