数据结构和算法——了解哈希表(哈希查找、散列的基本思想)

news2024/11/15 7:08:54

目录

哈希查找

散列的基本思想

例一

例二 


哈希查找

我们之前学过的几种查找方法:

  • 顺序查找        O(N)
  • 二分查找(静态查找)        O({log_{2}}^{N})
  • 二叉搜索树        O(h)    h为二叉查找树的高度
  • 平衡二叉树        O({log_{2}}^{N})

还有没有更快的查找方法呢?

我们先看下面的例子:

在登陆QQ的时候,QQ服务器是如何核对你的身份的?面对庞大的用户群,如何快速找到用户信息

 如果用二分法查找:

  • 十亿(10^9\approx 2^{30})有效用户,所以用二分法查找30次。
  • 十亿(10^9\approx 2^{30}\times1K\approx 1024G,也就是需要1T的连续空间。
  • 按有效QQ号大小有序存储:在连续存储空间中,插入和删除一个新的QQ号码将需要移动大量数据

如何快速搜索到需要的关键词呢?如果关键词不方便比较怎么办?

我们看看查找的本质:已知对象找位置

  • 有序安排对象:全序、半序
  • 直接“算出”对象位置:散列

于是我们引进哈希查找法。

哈希查找法的两项基本工作:

  • 计算位置:构造哈希函数确定关键词存储位置;
  • 解决冲突:应用某种策略解决多个关键词位置相同的问题。

时间复杂度几乎是常量:O(1),即查找时间与问题规模无关。

散列的基本思想

  1. 以关键字key为自变量,通过一个确定的函数h(散列函数),计算出对应的函数值h(key),作为数据对象的存储地址。
  2. 可能不同的关键字会映射到同一个散列地址上,即h(key_i)=h(key_j)(当key_i\neq key_j

,称为“冲突(Collision)”。——需要某种冲突解决策略

例一

有n = 11个数据对象的集合{ 18,23,11,20,2,7,27,30,42,15,34 }。

 哈希表的大小用TableSize = 17,选取哈希函数h如下:

h(key) = key\: \: mod\: \: TableSize(取余)

因为18 % 17 = 1,所以h(18) = 1

因为23 % 17 = 6,所以h(23) = 6

因为11 % 17 = 11,所以h(11) = 11

......

得到:

地址012345678910111213141516
关键词34182202374227113015

假设新插入35,h(35) = 1,该位置已有对象,冲突!(在后面我们将讨论怎么解决冲突)

查找:

  • key = 22,h(22) = 5,该地址空,不在表中
  • key = 30,h(30) = 13,该地址存放是30,故而找到了。

补充:

装填因子(Loading Factor):设散列表空间大小为m,填入表中元素个数是n,则称\alpha =n/m为散列表的装填因子。

\alpha = 11/17\approx 0.65

例二 

将acos、define、float、exp、char、atan、ceil、floor,顺次存入一张散列表中。

散列表设计为一个二维数组Table[26][2],2列分别代表2个槽。

设计散列函数 h(key) = key[ 0 ] - ‘a’

槽0槽1
0acosatan
1
2charceil
3define
4exp
5floatfloor
6
......
25

如果没有溢出,

T_{inquire} = T_{insert} = T_{delete} = O(1)


end 


学习自:MOOC数据结构——陈越、何钦铭

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