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Java数据结构之实现哈希表的分离链接法

2021-06-30 11:35:12 作者：TanGBx

今天给大家带来的是关于Java数据结构的相关知识,文章围绕着Java哈希表的分离链接法展开,文中有非常详细的介绍及代码示例,需要的朋友可以参考下

哈希表的分离链接法

原理

Hash Table可以看作是一种特殊的数组。他的原理基本上跟数组相同，给他一个数据，经过自己设置的哈希函数变换得到一个位置，并在这个位置当中放置该数据。哦对了，他还有个名字叫散列

0	1
数据1	数据2

就像这个数组，0号位置放着数据1，1号位置放数据2
而我们的哈希表则是通过一个函数f(x) 把数据1变成0，把数据2变成1，然后在得到位置插入数据1和数据2。
非常重要的是哈希表的长度为素数最好！！
而且当插入数据大于一半的时候我们要进行扩充！！！

冲突问题产生

现在这个表就是2个数据，所以不会产生什么冲突，但是若一个数据他通过f(x)计算得到的位置也是0呢？是不是就跟数据1产生了冲突，因为数据1已经占据了这个位置，你无法进行插入操作。对不对。

所以我们该如何解决这个问题呢，诶，我们肯定是想两个都可以插入是不是，就像一个炸串一样把他串起来。如图

在这里插入图片描述

a b c就像一个炸串，而如何实现这个炸串就有多种方式。这里我们用线性表来实现

线性表实现

我们可以用java自带的List ArrayList等表，这边也给出单链表的实现方式。

public class MyArray<AnyType> {

我们首先得创建一个内部类用来存放数据，以及保存下个节点

 class ArrayNode<AnyType>{
     public AnyType data;
     public ArrayNode<AnyType> next;
     public ArrayNode(AnyType data){this(data,null);}
     private ArrayNode(AnyType data,ArrayNode<AnyType> next){
         this.data=data;
         this.next=next;
     }
 }//save type node;

设置我们这个线性表所需要的对象，例如size和一个头节点，以及我们要进行初始化，判断这个表是否为空等。

 private int theSize;//array list size
 private ArrayNode<AnyType> head; //head node every data behind it
 //init MyArray
 public MyArray(){doClear();}
 public void clear(){doClear();}
 private void doClear(){
     theSize=0;
     head=new ArrayNode<>(null);
 }
 //get size and is empty
 public int size(){return theSize;}
 public boolean isEmpty(){return theSize==0;}

接下来我们需要实现他的基本操作，是否包含，插入，获得以及删除。

   //contain
   public boolean contains(AnyType x){
       ArrayNode<AnyType> newNode=head;//get a new node=head
       while (newNode.next!=null) {
           newNode=newNode.next;
           if (newNode.data == x)
               return true;
       }
       return false;
   }
   //get the data in idx from array
   public AnyType get(int idx){return get(idx,head).data;}
   private ArrayNode<AnyType> get(int idx,ArrayNode<AnyType> node){
       if(idx<0||idx>size())
           throw new IndexOutOfBoundsException();//out of length
       ArrayNode<AnyType> newNode=node;
       //find start head.next
       for (int i = 0; i < idx; i++)
           newNode=newNode.next;
       return newNode;
   }
   //set data into array
   public void set(AnyType x){set(x,head);}
   private void set(AnyType x,ArrayNode<AnyType> node){
       ArrayNode<AnyType> newNode=node;
       while (newNode.next!=null)
           newNode=newNode.next;
       theSize++;
       newNode.next=new ArrayNode<>(x);
   }
    //remove
   public void remove(AnyType x){remove(x,head);}
   private void remove(AnyType x,ArrayNode<AnyType> node){
       if(!contains(x))
           return;
       while (node.next!=null){
           node=node.next;
           if (node.next.data==x)
               break;
       }
       ArrayNode<AnyType> oldNode=node.next;
       node.next=null;
       node.next=oldNode.next;
   }
}

哈希表实现

public class MyHashTable<AnyType>{
    //define the things that we need to use
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;
    private MyArray<AnyType>[] arrays;
    private int currentSize;

因为我实现的是学号的存储
也就是带0开头的数据所以我用字符串
这里这个myHash就是我实现的简单哈希函数，即获得的数据字符串化，得到最后两个字符

    private int myHash(AnyType x){
        String s=x.toString();
        return Integer.parseInt(s.substring(s.length()-2,s.length()));
    }

初始化哈希表,设置的默认大小为10，然后进行素数判断，如果它不是素数，那么就找到他的下一个素数作为表的大小。

    //init we should ensure that the table size is prime
    public MyHashTable(){
        ensureTable(nextPrime(DEFAULT_SIZE));
        makeEmpty();
    }
    private void ensureTable(int x){
        arrays=new MyArray[x];
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++)
            arrays[i]=new MyArray<>();
    }
    //make the array empty
    public void makeEmpty(){
        currentSize=0;
        for(MyArray<AnyType> myArray:arrays)
            myArray.clear();
    }
    //size and empty
    public int size(){return currentSize;}
    public boolean isEmpty(){return currentSize==0;}

基本方法的实现，插入，获得，删除，包含

    //contain x
    public boolean contains(AnyType x){
        int position=myHash(x);
        return arrays[position].contains(x);
    }
    //insert x
    public void insert(AnyType x){
        int position=myHash(x);
        if(arrays[position].contains(x))
            return;
        else if(arrays[position].size()==0)
                if(++currentSize>arrays.length)
                    makeBigger();
        arrays[position].set(x);

    }
    //get idx data
    public MyArray<AnyType> get(int idx){ return arrays[idx];}

在这里，如果插入的时候啦，实际的currentSize大于二分之一表的大小了
则进行扩充表
一般扩充表的话，我们是直接两倍两倍扩充的。

    //makeBigger
    public void makeBigger() {
        MyArray[] oldArray = arrays;
        arrays = new MyArray[2 * arrays.length];
        for (int i = 0; i < oldArray.length; i++)
            arrays[i] = oldArray[i];
    }

下一个素数查找，如果他是偶数，则给他加1这样可以大大减少开销。
然后进行下一个素数判断，奇数当中找素数。

    //nextPrime
    private int nextPrime(int i){
        if(i%2==0)
            i++;
        for (; !isPrime(i); i+=2);//ensure i is jishu
        return i;
    }

是否为素数判断，如果为2则范围true
如果是1或者为偶数则返回false
都不满足则从三开始，他的平方小于输入的数，用奇数进行操作，因为用偶数的话，前面那个2就直接判断了，所以我们用奇数，大大减少开销。
我们也可以设置他的判断条件是小于输入的二分之一，但是我们用平方进行判断大大减少了开销，而且对于奇数来说是十分有效果的。

    //is Prime
    private boolean isPrime(int i){
        if(i==2||i==3)
            return true;
        if(i==1||i%2==0)
            return false;
        for (int j = 3; j*j<=i ; j+=2)
            if (i%j==0)
                return false;
        return true;
    }
}

测试

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyHashTable<String> a=new MyHashTable<>();
        a.insert("001");
        a.insert("01");
        for(int i=1;i<a.get(1).size()+1;i++){
            System.out.println(a.get(1).get(i));
        }
    }
}

结果