数据结构-哈希表

哈希表通常是基于数组进行实现的,但是对于数组,它有很多优势。
相对于数组的优势

  • 哈希表可以提供非常快速的插入-删除-查找操作。
  • 无论多少数据,插入和删除值需要接近常量的时间:即O(1)。
  • 哈希表的速度比树还要快,基本可以瞬间查找到想要的元素
  • 哈希表相对于树来说编码要容易很多。

相对于数组的不足

  • 哈希表中的数据是无序的,所以不能以一种固定的方式来遍历其中的元素。
  • 通常情况下哈希表的KEY是不允许重复的,不能放置相同的key,用于保存不同的元素。

哈希表不像数组、链表和树一样,直接画出来就知道他的结构,甚至原理。

他的结构就是数组,但是他神奇的地方在于对下标值的一种变换,这种变换可以称之为哈希函数,通过哈希函数可以获取到HashCode。

哈希表的原理

  • 哈希化:将大数字转化为数组范围内下标的过程,称之为哈希化
  • 哈希函数:通常将单词转换为大数字(幂*),大数字在进行哈希化的代码实现放在一个函数中,这个函数称之为哈希函数
  • 哈希表:最终将数据插入到的这个数组,对整个结构的封装,称之为一个哈希表

哈希化后下标冲突解决
冲突不会很多

  • 拉链法:数组的每个单元存储链表或者数组,不存储一个数据单元,比如:两个不同输入经过哈希函数计算出的下标都是0,那么以两个数据以数组或者链表的形式存储在数组下标0的数据单元中。
  • 开放地址法:有三种方法,简单来说就是向下找空白单元,三种方法不同之处就是步长不一样。具体不说了,比较复杂,而且还有一些其他问题。以下用拉链法(java 中的hash就是拉链法)

哈希函数

  • 快速的计算:哈希表的优势就在于效率,所以快速获取到对应的hashCode非常重要。我们需要通过快速的计算来获取到元素对应
  • 均匀的分布:哈希表中,无论是链地址法还是开放地址发,当多个元素映射到同一个位置的时候,都会影响效率,所以优秀的哈希函数应该尽可能将元素映射到不同位置,让元素在哈希表中均匀的分布。

java中的HashMap

  • java中的哈希表采用的是链地址法
  • HashMap的初始长度为16,每次自动扩展,长度必须是2的次幂
  • 这是为了服务于从key映射到index的算法
  • HashMap中为了提高效率,采用了位运算的方式,公式:index = HashCode(key) & (length - 1),比如计算'book'的hashcode,结果为十进制的3029737,二进制为1011... 1001,假设hashmap的长度为16,length - 1的结果为十进制的15,二进制的1111,1011... 1001 & 1111 = 1001 ,等于9,所以index = 9
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