淺談雜湊表

Dus發表於2015-11-02

1. 引言

        雜湊表(Hash Table)的應用近兩年才在NOI中出現,作為一種高效的資料結構,它正在競賽中發揮著越來越重要的作用。
雜湊表最大的優點,就是把資料的儲存和查詢消耗的時間大大降低,幾乎可以看 成是常數時間;而代價僅僅是消耗比較多的記憶體。然而在當前可利用記憶體越來越 多的情況下,用空間換時間的做法是值得的。另外,編碼比較容易也是它的特點之一。
        雜湊表又叫做雜湊表,分為“開雜湊” 和“閉雜湊”。考慮到競賽時多數人通常避免使用動態儲存結構,本文中的“雜湊表”僅指“閉雜湊”,關於其他方面讀者可參閱其他書籍。

2. 基礎操作

2.1 基本原理

        我們使用一個下標範圍比較大的陣列來儲存元素。可以設計一個函式(雜湊函式, 也叫做雜湊函式),使得每個元素的關鍵字都與一個函式值(即陣列下標)相對應,於是用這個陣列單元來儲存這個元素;也可以簡單的理解為,按照關鍵字為每一 個元素“分類”,然後將這個元素儲存在相應“類”所對應的地方。 但是,不能夠保證每個元素的關鍵字與函式值是一一對應的,因此極有可能出現對於不同的元素,卻計算出了相同的函式值,這樣就產生了“衝突”,換句話說,就是把不同的元素分在了相同的“類”之中。後面我們將看到一種解決“衝突”的簡便做法。
總的來說,“直接定址”與“解決衝突”是雜湊表的兩大特點。

2.2 函式構造

建構函式的常用方法(下面為了敘述簡潔,設 h(k) 表示關鍵字為 k 的元素所對應的函式值):
a) 除餘法:
選擇一個適當的正整數 p ,令 h(k ) = k mod p ,這裡, p 如果選取的是比較大的素數,效果比較好。而且此法非常容易實現,因此是最常用的方法。
b) 數字選擇法:
如果關鍵字的位數比較多,超過長整型範圍而無法直接運算,可以選擇其中數字分佈比較均勻的若干位,所組成的新的值作為關鍵字或者直接作為函式值。

2.3 衝突處理

        線性重新雜湊技術易於實現且可以較好的達到目的。令陣列元素個數為 S ,則當 h(k) 已經儲存了元素的時候,依次探查 (h(k)+i) mod S , i=1,2,3…… ,直到找到空的儲存單元為止(或者從頭到尾掃描一圈仍未發現空單元,這就是雜湊表已經滿了,發生了錯誤。當然這是可以通過擴大陣列範圍避免的)。

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