hash

ID:107189 · 發(fā)表于 2016-3-5 23:41

HashMap、Map等是很多公司面試、筆試的時(shí)候�？嫉念}目，也是實(shí)際開發(fā)中經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，必須好好掌握。因此我從《J2EE開發(fā)全程實(shí)錄》中摘取了下面的片段，希望對同學(xué)們有幫助。學(xué)習(xí)時(shí)請對照著《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課中“散列”相關(guān)的章節(jié)復(fù)習(xí)。

在實(shí)際問題中，按照給定的值進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢是經(jīng)常遇到的，比如，在電話號碼簿中查詢某個(gè)人的電話號碼；在圖書館中按照ISBN 編號查找某本書的位置；在地圖中按照坐標(biāo)查找某個(gè)地點(diǎn)的地名等等。為此，人們創(chuàng)造了一種能夠根據(jù)記錄的關(guān)鍵碼 ( 也就是用以標(biāo)識數(shù)據(jù)在記錄中的存放位置的數(shù)據(jù)項(xiàng) ) 方便的檢索到對應(yīng)的記錄信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這就是字典 ( Dictionary ) 。

2.2.1字典的定義

我們都使用過字典，如英漢字典、成語字典，圖書的檢索目錄、電話簿等也可以看作廣義上的字典。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，把字典也當(dāng)成一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

我們把字典定義為“鍵- 值對” (Key-Value Pair) 的集合。根據(jù)不同的問題，我們?yōu)槊趾椭蒂x予不同的含義，比如，在英漢字典中，英文單詞是名字，此單詞的中文解釋條目是值；在電話簿中，人名是名字，此人名對應(yīng)的電話號碼是值。

字典最基本的操作包括：find( 查找 ) 、 add( 插入 ) 、 remove( 刪除 ) ，分別用來從字典中檢索數(shù)據(jù)、插入數(shù)據(jù)和刪除數(shù)據(jù)。在實(shí)際存儲中，我們將“鍵 - 值對”存儲于記錄中，通過鍵 ( 也就是“鍵 - 值對”中的名字 ) 來標(biāo)識該“鍵 - 值對”�！版I - 值對”的存放位置和其鍵之間的對應(yīng)關(guān)系用一個(gè)二元組表示： ( 鍵 , 值的位置 ) 。

從字典中查找“鍵- 值對”的最簡單方法就是使用數(shù)組存儲，然后在查找的時(shí)候遍歷此數(shù)組，當(dāng)遍歷到和被查找的“鍵 - 值對”的名字相同項(xiàng)的時(shí)候，這個(gè)“鍵 - 值對”就被找到了。這種最樸實(shí)的方式肯定是不能滿足實(shí)際要求的，因此人們發(fā)明了一種檢索效率非常高的組織字典數(shù)據(jù)的方法，即哈希表結(jié)構(gòu)。

2.2.2哈希表與哈希方法

哈希方法在“鍵- 值對”的存儲位置與它的鍵之間建立一個(gè)確定的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系 hash() ，使得每一個(gè)鍵與結(jié)構(gòu)中的一個(gè)唯一的存儲位置相對應(yīng)：

存儲位置=hash( 鍵 )

在搜索時(shí)，首先對鍵進(jìn)行hash 運(yùn)算，把求得的值當(dāng)做“鍵 - 值對”的存儲位置，在結(jié)構(gòu)中按照此位置取“鍵 - 值對”進(jìn)行比較，若鍵相等，則表示搜索成功。在存儲“鍵 - 值對”的時(shí)候，依照相同的 hash 函數(shù)計(jì)算存儲位置，并按此位置存放，這種方法就叫做哈希方法，也叫做散列方法。在哈希方法中使用的轉(zhuǎn)換函數(shù) hash 被稱作哈希函數(shù) ( 或者散列函數(shù) ) 。按照此中算法構(gòu)造出來的表叫做哈希表 ( 或者散列表 ) 。

哈希函數(shù)建立了從“鍵- 值對”到哈希表地址集合的一個(gè)映射，有了哈希函數(shù)，我們就可以根據(jù)鍵來確定“鍵 - 值對”在哈希表中的位置的地址。使用這種方法由于不必進(jìn)行多次鍵的比較，所以其搜索速度非常快，很多系統(tǒng)都使用這種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織和檢索。

舉一個(gè)例子，有一組“鍵值對”：<5, ” tom ” >、 <8, ” Jane ” >、 <12, ” Bit ” >、 <17, ” Lily ” >、 <20, ” sunny ” >，我們按照如下哈希函數(shù)對鍵進(jìn)行計(jì)算 :hash(x)=x%17+3 ，得出如下結(jié)果： hash(5)=8 、 hash(8)=11 、 hash(12)=15 、 hash(17)=3 、 hash(20)=6 。我們把 <5, ” tom ” >、 <8, ” Jane ” >、 <12, ” Bit ” >、 <17, ” Lily ” >、 <20, ” sunny ” >分別放到地址為 8 、 11 、 15 、 3 、 6 的位置上。當(dāng)要檢索 17 對應(yīng)的值的時(shí)候，只要首先計(jì)算 17 的哈希值為 3 ，然后到地址為 3 的地方去取數(shù)據(jù)就可以找到 17 對應(yīng)的數(shù)據(jù)是“ Lily ”了，可見檢索速度是非�？斓�。

2.2.3沖突與沖突的解決

通常鍵的取值范圍比哈希表地址集合大很多，因此有可能經(jīng)過同一哈希函數(shù)的計(jì)算，把不同的鍵映射到了同一個(gè)地址上面，這就叫沖突。比如，有一組“鍵- 值對”，其鍵分別為 12361 、 7251 、 3309 、 30976 ，采用的哈希函數(shù)是：

public static int hash(int key)

{

return key%73+13420;

}

則將會得到hash(12361)=hash(7251)=hash(3309)=hash(30976)=13444 ，即不同的鍵通過哈希函數(shù)對應(yīng)到了同一個(gè)地址，我們稱這種哈希計(jì)算結(jié)果相同的不同鍵為同義詞。

如果“鍵- 值對”在加入哈希表的時(shí)候產(chǎn)生了沖突，就必須找另外一個(gè)地方來存放它，沖突太多會降低數(shù)據(jù)插入和搜索的效率，因此希望能找到一個(gè)不容易產(chǎn)生沖突的函數(shù)，即構(gòu) 造一個(gè)地址分布比較均勻的哈希函數(shù)。常用的哈希函數(shù)包括：直接定址法、數(shù)字分析法、除留余數(shù)法、乘留余數(shù)法、平方取中法、折疊法等。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工作中關(guān) 鍵碼的特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)姆椒ā?/div>

雖然采用合適的哈希方法能夠降低沖突的概率，但是沖突仍然是不可避免的，處理沖突的最常用方法就是“桶”算法：假設(shè)哈希表有m 個(gè)地址，就將其改為 m 個(gè)“桶”，其桶號與哈希地址一一對應(yīng)，每個(gè)桶都用來存放互為同義詞的鍵，也就是如果兩個(gè)不同的鍵用哈希函數(shù)計(jì)算得到了同一個(gè)哈希地址，就將它們放到同一個(gè)桶中，檢索的時(shí)候在桶內(nèi)進(jìn)行順序檢索。

2.2.4Java中的 Map 接口

字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如此重要，以至于實(shí)際開發(fā)中經(jīng)常需要使用它們。JDK 中提供了相關(guān)的類供我們使用，從而避免了自己開發(fā)字典類的麻煩。

在以前版本的JDK 中，最常使用的字典類就是 Dictionary 抽象類及其實(shí)現(xiàn)類 Hashtable ，不過在新版本的JDK 中不推薦讀者使用 Dictionary 抽象類而是使用Map 接口，并且由于 Dictionary 的實(shí)現(xiàn)類 Hashtable 也實(shí)現(xiàn)了Map 接口，所以我們沒有理由不使用 Map 接口。

Map接口有很多實(shí)現(xiàn)類，比如 HashMap 、 TreeMap 、 Hashtable 、 SortedMap 等，在第三方開源包中也有提供了更多功能的實(shí)現(xiàn)類，比如Apache-Commons 項(xiàng)目中的 LRUMap 。最常用的就是 HashMap 和 Hashtable ，它們最大的區(qū)別就是 Hashtable 是線程安全的，而 HashMap 則不是線程安全的，在使用的時(shí)候必須進(jìn)行同步。由于JDK 中的工具類 java.util . Collections 提供了一個(gè) synchronizedMap 方法，可以將非線程安全的Map 接口變量采用裝飾者模式改造成線程安全的，因此使用 HashMap 的場合更多一些，后邊的論述也將以 HashMap 為主。

2.3HashMap

HashMap是 Map 接口的實(shí)現(xiàn)類中最常用的一個(gè)，熟練的掌握這個(gè)類的使用將會提高解決問題的速度。

HashMap的主要方法

int size() ：得到Map中“鍵-值對”的數(shù)量

boolean isEmpty() ：Map是否是空的，也就是是否不含有任何“鍵-值對”

boolean containsKey(Object key) ：Map中是否含有以key為鍵的“鍵-值對”

boolean containsValue(Object value) ：Map中是否含有以 value 為值的“鍵-值對”

Object get(Object key) ：從Map中得到以key為鍵的值，如果Map中不含有以key為鍵的“鍵-值對”則返回null

Object put(Object key, Object value) ：向Map中存儲以key為鍵、value為值的“鍵-值對”

Object remove(Object key) :從Map中移除以key為鍵的“鍵-值對”

void putAll(Map t) ：將另一個(gè)Map中的所有“鍵-值對”導(dǎo)入到此Map中

void clear() ：清除所有“鍵-值對”