嵌入式第三十篇——数据结构——哈希表

一、哈希表的基本概念

哈希表（Hash Table）是一种通过哈希函数将键（Key）映射到存储位置的数据结构，支持高效的插入、删除和查找操作，平均时间复杂度为O(1)。核心组成部分包括：

哈希函数：将键转换为数组索引。
数组（桶）：存储键值对的底层结构。
冲突处理机制：解决不同键映射到同一索引的问题。

二、哈希函数的设计

理想的哈希函数应满足：

均匀性：键应均匀分布在数组中，减少冲突。
确定性：同一键始终映射到同一索引。
高效性：计算速度快。

常见hash函数设计：

（1）直接定值法

（2）平方取中法

（3）折叠法

（4）求余法

求余法示例（用于整数键）：

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def hash_func(key, size):  
    return key % size  # 取模法

三、冲突解决方法

链地址法

将冲突的键值对存储在同一个桶的链表中。查找时需要遍历链表。

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class HashTable:  
    def __init__(self, size):  
        self.size = size  
        self.table = [[] for _ in range(size)]  # 每个桶初始化为空列表  

    def insert(self, key, value):  
        index = hash_func(key, self.size)  
        for item in self.table[index]:  
            if item[0] == key:  
                item[1] = value  # 更新现有键  
                return  
        self.table[index].append([key, value])  # 添加新键值对

开放寻址法

冲突时按规则（如线性探测、二次探测）寻找下一个空闲位置。

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def linear_probing_insert(table, key, value, size):  
    index = hash_func(key, size)  
    while table[index] is not None:  
        if table[index][0] == key:  
            table[index][1] = value  
            return  
        index = (index + 1) % size  # 线性探测  
    table[index] = [key, value]

四、常见哈希表头文件配置

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typedef int DATATYPE;
typedef struct
{
DATATYPE* head;
int tlen;
}HS_TABLE;

HS_TABLE* CreateHsTable(int len)；
int insertHsTable(HS_TABLE*hs,DATATYPE*data)；
int SearchHsTable(HS_TABLE*hs,DATATYPE*data)；
int DestroyHsTable(HS_TABLE*hs)；

五、应用场景

字典（Python的dict、Java的HashMap）。
缓存系统（如Redis）。
数据库索引。

六、注意事项

哈希函数设计不当可能导致大量冲突，退化为O(n)时间复杂度。
开放寻址法在删除时需特殊处理（如标记为"已删除"），避免查找链断裂。