c++哈希表——超实用的数据结构

news2025/1/16 20:13:06

文章目录

1. 概念引入
- 1.1 整数哈希
- - 1.1.1 直接取余法。
  - 1.1.2 哈希冲突
  - - 1.1.2.1 开放寻址法
    - 1.1.2.2 拉链法
- 1.2 字符串哈希
3.结语

1. 概念引入

哈希表是一种高效的数据结构。
$H a s h$ 表又称为散列表，一般由 $H a s h$ 函数(散列函数)与链表结构共同实现。
散列(映射)方法是使用函数 $h$ 将元素 $U$ 映射到表 $T [0... m - 1]$ 的下标上 $(m = O (∣ U ∣))$ 。这样以 $U$ 中关键字为自变量，以h为函数的运算结果。
就是相应结点的存储地址。从而达到在 $O (1)$ 时间内就可完成查找。

1.1 整数哈希

我们以一道例题来举例：哈希表。

这道题目是这么做的：

1.1.1 直接取余法。

关键字 $k$ 除以 $m$ ，取余数作为在 $H a s h$ 表中的位置。
函数表达式可以写成：
哈希函数 $h (k) = k$ $m o d$ $m$
一般 $m$ 选择为素数，建议选择 $2 e 5 + 10$ 。

1.1.2 哈希冲突

$H a s h$ 函数把复杂信息映射到一个容易维护的值域内。
值域变小，有可能造成两个不同的信息被 $H a s h$ 函数映射为相同的值（两数同余）， $H a s h$ 冲突，需要处理这种情况。

1.1.2.1 开放寻址法

使用 $H a s h$ 函数 $h$ 把整数 $x$ 映射为 $h [x]$ ，如果 $h [x]$ 已经有值，说明当前查询到的地址发生了冲突。
如果当前地址发生冲突，就向这个地址的右边继续查询，直到遇到 $N ULL$ 或值 $x$ 为止。

代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define PII pair<int, int>
#define For(i, a, b) for(int i = a;i <= b;i++)
const int N = 2e5 + 3;
const int null = 0x3f3f3f3f;
int n, h[N];
int get(int x){
    int idx = (x % N + N) % N;
    while (h[idx] != null && h[idx] != x){
        idx = (idx == N ? 0 : idx + 1);
    }
    return idx;
}
signed main(){
    ios::sync_with_stdio(false), cin.tie(0), cout.tie(0);
    memset(h, 0x3f, sizeof h);
    int n, x;
    string op;
    cin >> n;
    while (n--){
        cin >> op;
        cin >> x;
        if (op[0] == 'I'){
            h[get(x)] = x;
        }else{
            cout << (h[get(x)] == x ? "Yes\n" : "No\n");
        }
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述

1.1.2.2 拉链法

Hash函数设为 $h (x) = x$ ，这里 $P$ 是较大质数，但不超过数组大小 $N$ 。
这个 $H a s h$ 函数 $h$ 把整数分为了 $P$ 类（ $M o d P = 1, 2, ..., P - 1$ ），每一类用一个单独的链表存储。
查找整数 $x$ 的时候，就在整数 $x$ 所在类的链表里进行查找。

代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define endl '\n'
#define int long long
#define PII pair<int, int>
#define For(i, a, b) for(int i = a;i <= b;i++)
const int N = 2e5 + 3;
int head[N], val[N], nxt[N], idx;
void add(int x){
    int k = (x % N + N) % N;
    val[idx] = x;
    nxt[idx] = head[k];
    head[k] = idx++;
}
bool get(int x){
    int k = (x % N + N) % N;
    int res = head[k];
    while (res != -1){
        
        if (val[res] == x){
            return 1;
        }
        res = nxt[res];
    }
    return 0;
}
signed main(){
    ios::sync_with_stdio(false), cin.tie(0), cout.tie(0);
    memset(head, -1, sizeof head);
    int n;
    cin >> n;
    while (n--){
        char op;
        cin >> op;
        int x;
        cin >> x;
        if (op == 'I'){
            add(x);
        }else{
            if (get(x)){
                cout << "Yes\n";
            }else{
                cout << "No\n";
            }
        }
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述

1.2 字符串哈希

字符串 $H a s h$ （字符串前缀 $H a s h$ 法），把字符串 $s$ 变成一个 $p$ 进制数字（ $H a s h$ 值），实现不同的字符串映射到不同的数字。
字符串 $s$ 中的每个字符本质上就是一个数字（ $A SC II$ 值）。
$s = s_0 s_1s_2s_3···s_n - 1$
$h(s) = s_0·p^{n-1}+s_1·p^{n-2}+···+s_n-1·p^0$

代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define endl '\n'
#define int unsigned long long
#define PII pair<int, int>
#define For(i, a, b) for(int i = a;i <= b;i++)

const int N = 1e5 + 10;
int n, m;
char s[N];
int h[N], p[N];

int get(int l, int r){
    return h[r] - h[l - 1] * p[r - l + 1];
}

signed main(){
    ios::sync_with_stdio(false), cin.tie(0), cout.tie(0);
    cin >> n >> m >> s + 1;

    h[0] = 0;
    p[0] = 1;
    For (i, 1, n){
        
        h[i] = h[i - 1] * 131 + s[i];
        p[i] = p[i - 1] * 131;
    }

    while (m--){
        int l1, r1, l2, r2;
        cin >> l1 >> r1 >> l2 >> r2;
        if ((get(l1, r1)) == get(l2, r2)) {
            cout << "Yes\n";
        }else{
            cout << "No\n";
        }
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述