1 哈希表
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哈希表一个通过哈希函数来计算数据存 储位置的数据结构，通常支持如下操作:
插入(键，值):插入键值对(键，值)
Get(key):如果存在键为键的键值对则返回其值，否则返回空值
删除(键):删除键为键的键值对
哈希表(Hash Table，又称为散列表)，是一种线性表的存储结构。哈希表由一个直接寻址表和一个哈希函数组成。哈希函数h(k)将元素关键字k作为自变量，返回元素的存储下标。
解决哈希冲突使用：拉链法
拉链法:哈希表每个位置都连接一个链表，当冲突发生时，冲突的元素将被加到该位置链表的最后。
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class LinkList:
"""
单链表实现
"""
# Node类表示链表中的一个节点
class Node:
def __init__(self, item=None):
"""
初始化链表节点
:param item: 节点存储的数据，默认为None
"""
self.item = item # 存储节点的数据
self.next = None # 指向下一个节点的指针，初始为None
# LinkListIterator类用于实现链表的迭代器
class LinkListIterator:
def __init__(self, node):
"""
初始化链表迭代器
:param node: 链表的起始节点
"""
self.node = node # 保存当前节点，用于迭代
def __next__(self):
"""
获取链表中的下一个元素
:return: 当前节点的数据
:raises StopIteration: 如果没有更多节点，则停止迭代
"""
if self.node:
cur_node = self.node # 保留当前节点
self.node = cur_node.next # 移动到下一个节点
return cur_node.item # 返回当前节点的数据
else:
raise StopIteration # 如果没有更多节点，则停止迭代
def __iter__(self):
"""
返回迭代器对象自身
:return: 迭代器对象自身
"""
return self # 返回迭代器对象自身，使其可以在for循环中使用
def __init__(self, iterable=None):
"""
初始化链表
:param iterable: 可迭代对象，用于初始化链表的元素
"""
self.head = None # 链表头节点的引用，初始化为空
self.tail = None # 链表尾节点的引用，初始化为空
if iterable:
self.extend(iterable) # 如果传入了可迭代对象，则扩展链表
def append(self, obj):
"""
在链表末尾添加一个新节点
:param obj: 要添加的元素
"""
s = LinkList.Node(obj) # 创建一个新节点
if not self.head:
self.head = s # 如果链表为空，将头节点和尾节点都指向新节点
self.tail = s
else:
self.tail.next = s # 将当前尾节点的next指针指向新节点
self.tail = s # 更新尾节点为新节点
def extend(self, iterable):
"""
扩展链表，将可迭代对象中的每个元素添加到链表中
:param iterable: 可迭代对象
"""
for obj in iterable:
self.append(obj) # 依次添加可迭代对象中的每个元素
def find(self, obj):
"""
查找链表中是否存在指定的元素
:param obj: 要查找的元素
:return: 如果找到目标元素，则返回True；否则返回False
"""
for n in self:
if n == obj:
return True # 如果找到了目标元素，返回True
return False # 如果遍历结束也没有找到目标元素，返回False
def delete(self, obj):
"""
从链表中删除指定的元素
:param obj: 要删除的元素
:return: 如果成功删除，返回True；否则返回False
"""
current = self.head # 当前节点，初始化为链表的头节点
previous = None # 前一个节点的引用，初始化为None
while current:
if current.item == obj:
if previous:
previous.next = current.next # 跳过当前节点
else:
self.head = current.next # 如果删除的是头节点，更新头节点
if current == self.tail:
self.tail = previous # 如果删除的是尾节点，更新尾节点
return True # 删除成功
previous = current
current = current.next
return False # 如果没有找到目标元素，返回False
def __iter__(self):
"""
返回链表的迭代器对象
:return: 链表的迭代器对象
"""
return self.LinkListIterator(self.head) # 返回一个迭代器对象，从头节点开始迭代
def __repr__(self):
"""
返回链表的字符串表示形式
:return: 链表的字符串表示形式，格式为"<<" + 元素 + ">>"
"""
return "<<" + ",".join(map(str, self)) + ">>" # 返回链表的字符串表示形式，元素之间用逗号分隔，整体用"<<"和">>"包围
# lk = LinkList([1, 2, 3, 4, 5])
# print(lk)
# for element in lk:
# print(element)
class HashTable:
"""
哈希表实现
"""
def __init__(self, size=101):
self.size = size # 哈希表的大小
self.T = [LinkList() for _ in range(self.size)] # 初始化哈希表数组，每个位置是一个链表
def h(self, k):
"""
哈希函数，将键k映射到表中的索引位置
"""
return k % self.size # 计算哈希值
def insert(self, k):
"""
插入一个键到哈希表中
"""
i = self.h(k) # 计算键的哈希值，确定插入位置
if self.find(k):
print('重复插入') # 如果键已存在，打印提示
else:
self.T[i].append(k) # 将键插入到相应位置的链表中
print(f'{k}插入成功') # 插入成功提示
def find(self, k):
"""
查找哈希表中是否存在指定的键
"""
i = self.h(k) # 计算键的哈希值，确定查找位置
return self.T[i].find(k) # 在链表中查找键
def delete(self, k):
"""
从哈希表中删除指定的键
"""
i = self.h(k) # 计算键的哈希值，确定删除位置
if self.T[i].delete(k):
print(f'{k}删除成功') # 删除成功提示
else:
print(f'{k}未找到') # 如果键不存在，打印提示
# 使用示例
lk = HashTable()
lk.insert(1)
lk.insert(2)
lk.insert(3)
print(lk.find(2)) # 输出: True
print(lk.find(4)) # 输出: False
lk.delete(2) # 删除键2
print(lk.find(2)) # 输出: False
2 哈希表的应用-集合与字典
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字典与集合都是通过哈希表来实现的。
a={'name': 'Alex', 'age':18, 'gender': 'an'}
使用哈希表存储字典，通过哈希函数将字典的键映射为下标。
假设h('name')=3,h('age')=1,h('gender')= 4，则哈希表存储为[None, 18,None,'Alex''Man']
如果发生哈希冲突，则通过拉链法或开发寻址法解决
3 哈希表的应用-md5算法和文件的哈希值
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MD5(Message-Digest Algorithm 5)曾经是密码学中常用的哈希函数，可以把任意长度的数据映射为128 位的哈希值。
其曾经包含如下特征:
1.同样的消息，其MD5值必定相同;
2.可以快速计算出任意给定消息的MD5值:
3.除非暴力的枚举所有可能的消息，否则不可能从哈 希值反推出消息本身;
4.两条消息之间即使只有微小的差别，其对应的MD5 值也应该是完全不同、完全不相关的;
5.不能在有意义的时间内人工的构造两个不同的消息 使其具有相同的MD5值。
应用举例:文件的哈希值
算出文件的哈希值，若两个文件的哈希值相同，则可认为这两个文件是相同的。
因此:
1.用户可以利用它来验证下载的文件是否完整
2.云存储服务商可以利用它来判断用户要上传的文件 是否已经存在于服务么器上，
从而实现秒传的功能，同时避免存储过多相同的文件副本。