算法动画:什么是散列表? (2)

开放寻址法之线性探测方法

开放寻址法之线性探测方法

当我们往散列表中插入数据时,如果某个数据经过散列函数散列之后,存储位置已经被占用了,我们就从当前位置开始,依次往后查找,看是否有空闲位置,直到找到为止。

以上图为例,散列表的大小为 8 ,黄色区域表示空闲位置,橙色区域表示已经存储了数据。目前散列表中已经存储了 4 个元素。此时元素 7777777 经过 Hash 算法之后,被散列到位置下标为 7 的位置,但是这个位置已经有数据了,所以就产生了冲突。

于是按顺序地往后一个一个找,看有没有空闲的位置,此时,运气很好正巧在下一个位置就有空闲位置,将其插入,完成了数据存储。

线性探测法一个很大的弊端就是当散列表中插入的数据越来越多时,散列冲突发生的可能性就会越来越大,空闲位置会越来越少,线性探测的时间就会越来越久。极端情况下,需要从头到尾探测整个散列表,所以最坏情况下的时间复杂度为 O(n)。

开放寻址法之线性探测方法的弊端

开放寻址法之线性探测方法的弊端

二次探测方法

二次探测是二次方探测法的简称。顾名思义,使用二次探测进行探测的步长变成了原来的“二次方”,也就是说,它探测的下标序列为 hash(key)+0,hash(key)+1^2或[hash(key)-1^2],hash(key)+2^2或[hash(key)-2^2]。

二次探测方法

二次探测方法

以上图为例,散列表的大小为 8 ,黄色区域表示空闲位置,橙色区域表示已经存储了数据。目前散列表中已经存储了 7 个元素。此时元素 7777777 经过 Hash 算法之后,被散列到位置下标为 7 的位置,但是这个位置已经有数据了,所以就产生了冲突。

按照二次探测方法的操作,有冲突就先 + 1^2,8 这个位置有值,冲突;变为 - 1^2,6 这个位置有值,还是有冲突;于是 - 2^2, 3 这个位置是空闲的,插入。

双重散列方法

所谓双重散列,意思就是不仅要使用一个散列函数,而是使用一组散列函数 hash1(key),hash2(key),hash3(key)。。。。。。先用第一个散列函数,如果计算得到的存储位置已经被占用,再用第二个散列函数,依次类推,直到找到空闲的存储位置。

双重散列方法

双重散列方法

以上图为例,散列表的大小为 8 ,黄色区域表示空闲位置,橙色区域表示已经存储了数据。目前散列表中已经存储了 7 个元素。此时元素 7777777 经过 Hash 算法之后,被散列到位置下标为 7 的位置,但是这个位置已经有数据了,所以就产生了冲突。

此时,再将数据进行一次哈希算法处理,经过另外的 Hash 算法之后,被散列到位置下标为 3 的位置,完成操作。

事实上,不管采用哪种探测方法,只要当散列表中空闲位置不多的时候,散列冲突的概率就会大大提高。为了尽可能保证散列表的操作效率,一般情况下,需要尽可能保证散列表中有一定比例的空闲槽位。

一般使用加载因子(load factor)来表示空位的多少。

加载因子是表示 Hsah 表中元素的填满的程度,若加载因子越大,则填满的元素越多,这样的好处是:空间利用率高了,但冲突的机会加大了。反之,加载因子越小,填满的元素越少,好处是冲突的机会减小了,但空间浪费多了。

链表法

链表法是一种更加常用的散列冲突解决办法,相比开放寻址法,它要简单很多。如下动图所示,在散列表中,每个位置对应一条链表,所有散列值相同的元素都放到相同位置对应的链表中。

链表法

链表法

今日问题

请问可以对链表法进行怎样的改造,去实现一个更加高效的散列表?

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