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散列(哈希)查找

时间:2020-07-15 22:30:06      阅读:69      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

散列查找

散列表(Hash Table)

散列表(Hash Table),又称哈希表,是一种数据结构,特点是:数据元素的关键字与其存储地址直接相关

如何建立“关键字”与“存储地址”的联系?

通过“散列函数(哈希函数)”:Addr=H(key)

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若不同的关键字通过散列函数映射到同一个值,则称他们为“同义词

通过散列函数确定的位置已经存放了其他元素,则称这种情况为“冲突

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处理冲突的方法——拉链法

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用拉链法(又称链接法,链地址法)处理“冲突”:把所有“同义词”存储在一个链表中

散列查找

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通过散列函数计算目标元素存储地址:Addr=H(Key)

27%13=1

27的查找长度=3(对比次数)

查找目标:21

21%13=8

21的查找长度=0

查找长度——在查找运算中,需要对比关键字的次数称为查找长度

平均查找长度:

\[ASL_{成功}=\frac{1*6+2*4+3+4}{12}=1.75 \]

第一层结点6个,对比1次有6个机会

第二层结点4个,对比2次有4次机会

第三层结点1个

第四层结点1个

“冲突”越多,查找效率越低

下面那样情况就很好

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最理想情况:散列查找时间复杂度可达到O(1)

\[ASL_{失败}=\frac{0+4+0+2+0+0+2+1+0+0+2+1+0}{13}=0.92 \]

第一个对比0次就失败

第二个对比4次失败。。。

装填因子α=表中记录数/散列表长度

装填因子会直接影响散列表的查找效率

如何设计冲突更少的散列函数

常见的散列函数

除留余数法——H(key) = key%p

散列表表长为m,去一个不大于m但最接近或等于m的质数p

(质数:又称素数,指除了1和此整数自身外,不能被其他自然数整除的数)

相反概念——合数

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表长15,浪费了2个位置

设计目标——让不同关键字冲突尽可能的少

所以要取质数

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散列函数的设计要结合关键字分布特点来考虑,不要教条化

直接定址法——H(key) = key 或 H(key) = a*key +b

其中,a和b是常数。这种方法计算最简单,且不会产生冲突。它适合关键字的分布基本连续的情况,若关键字分布不连续,空位较多,则会造成存储空间的浪费

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数字分析法——选取数码分布较为均匀的若干位作为散列地址

设关键字是r进制数(如十进制数),而r个数码在各位 上出现的频率不一定相同,可能在某些位上均匀一些,每种数码出现的机会均等;而在某些位上分布不均匀,只有某几种数码经常出现,此时可选取数码分布较为均匀的若干位作为散列地址。这种方法适用于已知的关键字集合,若更换了关键字,则需要重新构造新的散列函数。

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平方取中法——取关键字的平方值的中间几位作为散列地址

具体取多少位要视实际情况而定。这种方法得到的散列地址与关键字的每位都有关系,因此使得散列地址分布比较均匀,适用于关键字的每位取值都够均匀或均小于散列地址所需的位数。

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假设学生不超过十万人,可身份证平方取中间5位

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处理冲突的方法——开放定址法

  1. 线性探测法
  2. 平方探测法
  3. 伪随机序列法

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第i次冲突

线性探测法

线性探测法——di=0,1,2,3,...m-1;即发生冲突时,每次往后探测相邻的下一个单元是否为空。

假如要插入1

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H(key) = 1%13 =1 H0=(1+d0)%16=1最开始,冲突了,所以有:

H1 = (1+d1)%16=2(发生第一次冲突计算得到的哈希地址)

如果一直冲突就一步一步的找探测值往里带

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查找操作

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同义词、非同义词都需要被检查

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删除操作

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注意:采用“开放定址法”时,删除节点不能简单地将被删结点的空间位置为空,否则将截断在它之后增加的散列表的同义词结点的查找路径,可以做一个“删除标记”,进行逻辑删除

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查找效率分析(ASL)

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19%13=6——1次

14%13=1——1次

。。。

\[ASL_{成功}=\frac{1+1+1+2+4+1+1+3+3+1+3+9}{12}=2.5 \]

初次探测的地址H0只有可能在[0,12]

\[ASL_{失败}=\frac{1+13+12+11+10+9+8+7+6+5+4+3+2}{13}=7 \]

线性探测法很容易造成同义词,非同义词的“聚集(堆积)“现象,严重影响查找效率

产生原因——冲突后在探测一定是放在某个连续的位置

平方探测法

\[当d_i=0^2,1^2,-1^2,2^2,-2^2,...,k^2,-k^2时,称为平方探测法,又称二次探测法,其中k≤\frac{m}{2} \]

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小坑:散列表长度m必须是一个可以表示成4j+3的素数,才能探测到所有位置

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伪随机序列法

\[d_i是一个伪随机序列,如d_i=0,5,24,11,.... \]

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其实就是di不一样而已

处理冲突的方法——再散列法

再散列法(再哈希法):除了原始的散列函数H(key)之外,多准备几个散列函数,当散列函数冲突时,用下一个散列函数计算一个新地址,知道不冲突为止:

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散列(哈希)查找

原文:https://www.cnblogs.com/jev-0987/p/13307817.html

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