如何理解哈希表的工作原理?

算法相关 徐 自远 451℃

如何理解哈希表的工作原理?

哈希表是根据关键值(key)来直接访问目标值(value)的一种数据结构。其特点就在于能够快捷的实现信息的查询和检索。

比如我们在手机中存放的通讯录就是用哈希表来实现的,即我们输入一个联系人的姓名,就能返回相应的电话号码。用哈希表实现的过程就是,将联系人姓名的字符通过一个哈希函数,映射成一个整数(哈希码),然后根据哈希码来索引出电话号码。比如哈希码为5,就表示是在存储位置为5,因此我们就能直接取出该位置的值,并返回结果。

那么实现哈希表的关键就在于哈希函数的构建,也就是如何建立一个合适的索引来满足如下条件:

1)同一个键每次输入到哈希函数中,其对应的哈希码也必须相同;

2)不同键对应的哈希码不能相同。

第一个条件意味着哈希函数必须是确定性的;第二个条件则要求不能出现哈希冲突。当两个或更多个键产生相同的哈希码时就会发生冲突(hash collisions)。

比如我们现在考虑建立一个简单的哈希表来查询年龄,{Jim:5, Davis:7, Taylor:12, Bob:3},如果我们选择哈希函数为输入键值的字符个数。那么在建立哈希表时,就讲Jim存放在位置3处,Jack存放在位置4处。而这样的话Jim和Bob的存储位置就会发生冲突,不符合哈希函数的要求。但是如果我们将哈希函数替换为首字母顺序存放,在这个数据中就没有哈希冲突了。

然而万一无法避免哈希冲突的话,我们可以用链接和线性探测的方法来避免哈希值发生碰撞。

链接就是将发生冲突的键值直接链接在链表的尾部;线性探测则是,如果在位置i处发生冲突,那么就检查i+1处是否为空,为空的话就将冲突键值放入其中,否则继续检查下一个。

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谢邀。这个问题很有趣,哈希(Hashing)是一种用于从一组相似对象中唯一标识特定对象的技术。

一个简单的例子

我们生活中如何使用哈希的一些例子包括:

在大学中,每个学生都会被分配一个唯一的卷号,可用于检索有关它们的信息。

在图书馆中,每本书都被分配了一个唯一的编号,可用于确定有关图书的信息,例如图书馆中的确切位置或已发给图书的用户等。

在这两个例子中,学生和书籍都被分成了一个唯一的数字。

假设您有一个对象,并且您想为其分配一个键以便于搜索。 要存储键/值对,您可以使用一个简单的数组,如数据结构,其中键(整数)可以直接用作存储值的索引。 但是,如果密钥很大并且无法直接用作索引,则应使用哈希(Hashing)。

在哈希中,通过使用哈希函数将大键转换为小键。 然后将这些值存储在称为哈希表的数据结构中。 哈希的想法是在数组中统一分配条目(键/值对)。 为每个元素分配一个键(转换键)。 通过使用该键,您可以在O(1)时间内访问该元素。 使用密钥,算法会计算一个索引,该索引可以找到或插入条目的位置。

哈希一般分两步执行:

  • 通过使用哈希函数将元素转换为整数。 此元素可用作存储原始元素的索引,该元素属于哈希表。
  • 元素存储在哈希表中,可以使用哈希键快速检索它。

hash = hashfunc(key)

index = hash%array_size

在此方法中,哈希与数组大小无关,然后通过使用模运算符(%)将其缩减为索引(介于0和array_size – 1之间的数字)。

应用场景

关联数组:哈希表通常用于实现许多类型的内存表。 它们用于实现关联数组(索引是任意字符串或其他复杂对象的数组)。

数据库索引:哈希表也可以用作基于磁盘的数据结构和数据库索引(例如在dbm中)。

高速缓存:哈希表可用于实现高速缓存,即用于加速对数据的访问的辅助数据表,其主要存储在较慢的介质中。

对象表示:一些动态语言(如Perl,Python,JavaScript和Ruby)使用哈希表来实现对象。

提升速度:哈希函数用于各种算法,以使其计算更快。


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