Dsa Using Java 简明教程

DSA using Java - Hash Table

Overview

哈希表是一种数据结构，其中插入和搜索操作非常快，与哈希表的大小无关。它几乎是常量或 O(1)。哈希表使用数组作为存储介质，并使用哈希技术来生成元素被插入或被定位到的索引。

Hashing

哈希是一种将一系列键值转换为一系列数组索引的技术。我们将使用模运算符来获得一系列键值。考虑一个大小为 20 的哈希表示例，以下项目需要存储。项目采用 (key,value) 格式。

  1. (1,20)

  2. (2,70)

  3. (42,80)

  4. (4,25)

  5. (12,44)

  6. (14,32)

  7. (17,11)

  8. (13,78)

  9. (37,98)

Sr.No.

Key

Hash

Array Index

1

1

1 % 20 = 1

1

2

2

2 % 20 = 2

2

3

42

42 % 20 = 2

2

4

4

4 % 20 = 4

4

5

12

12 % 20 = 12

12

6

14

14 % 20 = 14

14

7

17

17 % 20 = 17

17

8

13

13 % 20 = 13

13

9

37

37 % 20 = 17

17

Linear Probing

我们可以看到，可能发生使用哈希技术创建的索引已经是数组的已用索引。在这种情况下，我们可以通过查看下一个单元格来搜索数组中的下一个空闲位置，直到我们找到一个空闲单元格。这种技术称为线性探查。

Sr.No.

Key

Hash

Array Index

在线性探查之后，数组索引

1

1

1 % 20 = 1

1

1

2

2

2 % 20 = 2

2

2

3

42

42 % 20 = 2

2

3

4

4

4 % 20 = 4

4

4

5

12

12 % 20 = 12

12

12

6

14

14 % 20 = 14

14

14

7

17

17 % 20 = 17

17

17

8

13

13 % 20 = 13

13

13

9

37

37 % 20 = 17

17

18

Basic Operations

以下是哈希表的基本主要操作。

  1. Search − 在哈希表中搜索元素。

  2. Insert − 在哈希表中插入元素。

  3. delete − 从哈希表中删除元素。

DataItem

定义一个具有某些数据和键的数据项，根据该键在哈希表中进行搜索。

public class DataItem {
   private int key;
   private int data;

   public DataItem(int key, int data){
      this.key = key;
      this.data = data;
   }

   public int getKey(){
      return key;
   }

   public int getData(){
      return data;
   }
}

Hash Method

定义一种哈希方法，用于计算数据项键的哈希代码。

public int hashCode(int key){
   return key % size;
}

Search Operation

每当要搜索元素时。计算已传递键的哈希代码，并使用该哈希代码作为数组中的索引来定位该元素。如果在计算的哈希代码中没有找到元素，请使用线性探测获得元素。

public DataItem search(int key){
   //get the hash
   int hashIndex = hashCode(key);
   //move in array until an empty
   while(hashArray[hashIndex] !=null){
      if(hashArray[hashIndex].getKey() == key)
         return hashArray[hashIndex];
      //go to next cell
      ++hashIndex;
      //wrap around the table
      hashIndex %= size;
   }
   return null;
}

Insert Operation

每当要插入元素时。计算已传递键的哈希代码，并使用该哈希代码作为数组中的索引来定位该索引。如果在计算的哈希代码中找到了某个元素，请对空位置使用线性探测。

public void insert(DataItem item){
   int key = item.getKey();

   //get the hash
   int hashIndex = hashCode(key);

   //move in array until an empty or deleted cell
   while(hashArray[hashIndex] !=null
      && hashArray[hashIndex].getKey() != -1){
      //go to next cell
      ++hashIndex;
      //wrap around the table
      hashIndex %= size;
   }

   hashArray[hashIndex] = item;
}

Delete Operation

每当要删除元素时。计算已传递键的哈希代码，并使用该哈希代码作为数组中的索引来定位该索引。如果在计算的哈希代码中找不到元素，请使用线性探测获得元素。找到后，在那里存储一个虚拟项来保持哈希表的完整性能。

public DataItem delete(DataItem item){
   int key = item.getKey();

   //get the hash
   int hashIndex = hashCode(key);

   //move in array until an empty
   while(hashArray[hashIndex] !=null){
      if(hashArray[hashIndex].getKey() == key){
         DataItem temp = hashArray[hashIndex];
         //assign a dummy item at deleted position
         hashArray[hashIndex] = dummyItem;
         return temp;
      }
      //go to next cell
      ++hashIndex;
      //wrap around the table
      hashIndex %= size;
   }
   return null;
}

HashTable Implementation

DataItem.java

package com.tutorialspoint.datastructure;

public class DataItem {
   private int key;
   private int data;

   public DataItem(int key, int data){
      this.key = key;
      this.data = data;
   }

   public int getKey(){
      return key;
   }

   public int getData(){
      return data;
   }
}

HashTable.java

package com.tutorialspoint.datastructure;

public class HashTable {

   private DataItem[] hashArray;
   private int size;
   private DataItem dummyItem;

   public HashTable(int size){
      this.size = size;
      hashArray = new DataItem[size];
      dummyItem = new DataItem(-1,-1);
   }

   public void display(){
      for(int i=0; i<size; i++) {
         if(hashArray[i] != null)
            System.out.print(" ("
               +hashArray[i].getKey()+","
               +hashArray[i].getData() + ") ");
         else
            System.out.print(" ~~ ");
      }
      System.out.println("");
   }

   public int hashCode(int key){
      return key % size;
   }

   public DataItem search(int key){
      //get the hash
      int hashIndex = hashCode(key);
      //move in array until an empty
      while(hashArray[hashIndex] !=null){
         if(hashArray[hashIndex].getKey() == key)
            return hashArray[hashIndex];
         //go to next cell
         ++hashIndex;
         //wrap around the table
         hashIndex %= size;
      }
      return null;
   }

   public void insert(DataItem item){
      int key = item.getKey();

      //get the hash
      int hashIndex = hashCode(key);

      //move in array until an empty or deleted cell
      while(hashArray[hashIndex] !=null
         && hashArray[hashIndex].getKey() != -1){
         //go to next cell
         ++hashIndex;
         //wrap around the table
         hashIndex %= size;
      }

      hashArray[hashIndex] = item;
   }

   public DataItem delete(DataItem item){
      int key = item.getKey();

      //get the hash
      int hashIndex = hashCode(key);

      //move in array until an empty
      while(hashArray[hashIndex] !=null){
         if(hashArray[hashIndex].getKey() == key){
            DataItem temp = hashArray[hashIndex];
            //assign a dummy item at deleted position
            hashArray[hashIndex] = dummyItem;
            return temp;
         }
         //go to next cell
         ++hashIndex;
         //wrap around the table
         hashIndex %= size;
      }
      return null;
   }
}

Demo Program

HashTableDemo.java

package com.tutorialspoint.datastructure;

public class HashTableDemo {
   public static void main(String[] args){
      HashTable hashTable = new HashTable(20);

      hashTable.insert(new DataItem(1, 20));
      hashTable.insert(new DataItem(2, 70));
      hashTable.insert(new DataItem(42, 80));
      hashTable.insert(new DataItem(4, 25));
      hashTable.insert(new DataItem(12, 44));
      hashTable.insert(new DataItem(14, 32));
      hashTable.insert(new DataItem(17, 11));
      hashTable.insert(new DataItem(13, 78));
      hashTable.insert(new DataItem(37, 97));

      hashTable.display();

      DataItem item = hashTable.search(37);

      if(item != null){
         System.out.println("Element found: "+ item.getData());
      }else{
         System.out.println("Element not found");
      }

      hashTable.delete(item);

      item = hashTable.search(37);

      if(item != null){
         System.out.println("Element found: "+ item.getData());
      }else{
         System.out.println("Element not found");
      }
   }
}

如果我们编译并运行上述程序，它将生成以下结果 -

 ~~  (1,20)  (2,70)  (42,80)  (4,25)  ~~  ~~  ~~  ~~  ~~  ~~  ~~ (12,44)  (13,78)  (14,32)  ~~  ~~  (17,11)  (37,97)  ~~
Element found: 97
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