C语言实现哈希搜索算法

news2024/11/16 9:18:53

一、哈希搜索算法原理

哈希搜索，也叫散列查找，是一种通过哈希表（散列表）实现快速查找目标元素的算法。哈希搜索算法通常适用于需要快速查找一组数据中是否存在某个元素的场景，其时间复杂度最高为 O(1)，而平均情况下的时间复杂度通常相当接近 O(1)，因此在实际应用中具有很高的效率和性能。

哈希搜索的核心思想是使用哈希函数将数据映射到一个哈希表中的某个位置，以便在需要查找时快速定位数据的位置，并进行数据访问。在理想情况下，不同的元素可以被映射到哈希表的不同位置，从而实现快速查找；但是在实际应用中，由于哈希函数的不完美或者数据的特殊分布等原因，不同的元素可能会被映射到相同的位置，这就会导致哈希碰撞（Hash Collision）的问题。

解决哈希碰撞问题的方法有很多，最常见的两种是拉链法和线性探测法：

拉链法（Chaining）：使用一个数组存储整个哈希表，每个数组元素都是一个链表的头指针，具有相同哈希值的元素会被链接到同一个链表上。当需要查找某个元素时，首先计算出该元素的哈希值，并定位到对应的链表上，然后遍历该链表寻找目标元素。
线性探测法（Linear Probing）：使用一个数组存储整个哈希表，在发生哈希碰撞时，从当前位置开始向后依次查找第一个空闲的位置，并将元素插入到该位置中，当需要查找某个元素时，首先计算出该元素的哈希值，并定位到对应的位置，如果该位置为空，则说明目标元素不存在于哈希表中；否则，如果该位置存储的元素与目标元素相同，则直接返回；否则，就继续向后查找直到找到目标元素或者遇到空位为止。

总的来说，哈希搜索是一种简单而高效的查找算法，但是它的实现涉及到许多细节问题，需要根据不同的应用场景和数据特征来选择最适合的哈希函数和哈希表结构，以保证其正常运行和高效性能。

二、哈希查找算法的C语言实现

下面是哈希查找算法的C语言实现示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define TABLE_SIZE 100 // 哈希表的大小
// 定义哈希表节点结构体
typedef struct Node {
    int key; // 节点键值
    int value; // 节点存储的值
    struct Node* next; // 指向下一个节点的指针
} Node;
// 创建一个哈希表并返回指针
Node** createHashTable() {
    Node** hashTable = (Node**) malloc(sizeof(Node*) * TABLE_SIZE);
    for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) {
        hashTable[i] = NULL;
    }
    return hashTable;
}
// 计算节点在哈希表中的下标
int getHashIndex(int key) {
    return key % TABLE_SIZE;
}
// 在哈希表中查找指定键值的节点，并返回该节点的指针
Node* findNode(Node** hashTable, int key) {
    int index = getHashIndex(key);
    Node* node = hashTable[index];
    while (node != NULL) {
        if (node->key == key) {
            return node;
        }
        node = node->next;
    }
    return NULL; // 没有找到节点，返回NULL
}
// 插入一个节点到哈希表中
void insertNode(Node** hashTable, int key, int value) {
    int index = getHashIndex(key);
    Node* node = hashTable[index];
    while (node != NULL) {
        if (node->key == key) {
            node->value = value;
            return;
        }
        node = node->next;
    }
    Node* new_node = (Node*) malloc(sizeof(Node));
    new_node->key = key;
    new_node->value = value;
    new_node->next = hashTable[index];
    hashTable[index] = new_node;
}
// 从哈希表中删除指定键值的节点
void deleteNode(Node** hashTable, int key) {
    int index = getHashIndex(key);
    Node* node = hashTable[index];
    Node* prev = NULL;
    while (node != NULL) {
        if (node->key == key) {
            if (prev == NULL) {
                hashTable[index] = node->next;
            } else {
                prev->next = node->next;
            }
            free(node);
            return;
        }
        prev = node;
        node = node->next;
    }
}
int main() {
    // 创建哈希表
    Node** hashTable = createHashTable();
    // 向哈希表中插入若干个节点
    insertNode(hashTable, 1, 2);
    insertNode(hashTable, 2, 4);
    insertNode(hashTable, 3, 6);
    // 查找节点并输出结果
    Node* node = findNode(hashTable, 2);
    if (node != NULL) {
        printf("键值为 %d 的节点的值为 %d\n", node->key, node->value);
    } else {
        printf("没有找到键值为 2 的节点\n");
    }
    // 删除节点并输出结果
    deleteNode(hashTable, 1);
    node = findNode(hashTable, 1);
    if (node != NULL) {
        printf("键值为 %d 的节点的值为 %d\n", node->key, node->value);
    } else {
        printf("没有找到键值为 1 的节点\n");
    }
    return 0;
}

上述代码中，我们定义了 Node 结构体表示哈希表的节点，包含了键值 key、存储值 value 和指向下一个节点的指针 next。其中 createHashTable 函数用来创建一个新的哈希表，getHashIndex 函数用来计算节点在哈希表中的下标，findNode 函数用来在哈希表中查找指定键值的节点，insertNode 函数用来将新节点插入到哈希表中，deleteNode 函数用来删除哈希表中指定键值的节点。