哈希表介绍

最新推荐文章于 2025-09-25 14:04:52 发布

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#散列表 #数据结构 #哈希算法

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本文详细介绍了哈希表的概念，包括其快速的插入和查找操作，以及基于链表和数组的数据结构。讨论了哈希表在缓存层中的应用，以谷歌面试题为例，展示了如何使用哈希表构建员工信息管理系统。此外，还提供了哈希表的Java实现，包括员工类、链表类和哈希表类，并给出了操作菜单的测试案例。

一、什么是哈希表

1、哈希表也叫散列表，哈希表是一种数据结构，它提供了快速的插入操作和查找操作，无论哈希表总中有多少条数据，插入和查找的时间复杂度都是为O(1)，因为哈希表的查找速度非常快，所以在很多程序中都有使用哈希表，例如拼音检查器。

2、哈希表也有自己的缺点，哈希表是基于数组的，我们知道数组创建后扩容成本比较高，所以当哈希表被填满时，性能下降的比较严重。

3、哈希表是由链表和数组组成的：

链表：增删的效率极高，但是查询的效率极低。

数组：查询效率极高，增删效率低

所以哈希表中继承了链表和数组的优缺点，不仅查询效率高，增删效率也高

4、哈希表通过键值对的方式存储数据，【key，value】，哈希表会通过散列函数/哈希函数将key转换成对应的数组下标。【采用 % 的方式】

二、哈希表的应用

通常数据都是放在数据库中的，但是有一些数据不需要存放在数据库中，太麻烦，那么就需要我们使用缓存层
缓存层一般有俩种：

缓存产品或者自己写一个缓存层(也就是哈希表)

通过一个列子自己构建出哈希表：

看一个实际需求，google公司的一个上机题:

有一个公司,当有新的员工来报道时,要求将该员工的信息加入(id,性别,年龄,住址..),当输入该员工的id时,要求查找到该员工的所有信息.

要求: 不使用数据库,尽量节省内存,速度越快越好

思路：

1、首先要求不使用数据库，那么是能用一些缓存产品用来存储数据，所以需要构建一个哈希表

2、哈希表有数组，链表组成。在链表中保存员工数据信息，数组中保存链表

代码实现：

1、创建员工类：定义员工的属性

//创建员工类
class Emp {
    int id ; // id
    String name; // 姓名
    String sex ; // 性别

    Emp next; //指向下一节点

    //构造器
    public Emp(int id, String name, String sex) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.sex = sex;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Emp{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", sex='" + sex + '\'' +
                '}';
    }
}

2、创建链表【如何创建之前有写】

//创建链表
class LinkList {
    //头结点
    Emp head = new Emp(0, "", "");

    //增加员工信息
    public void add(Emp emp) {
        Emp temp = head;
        while (true) {
            if (temp.next == null) {
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        temp.next = emp;
    }

    //根据ID查询员工信息
    public Emp findByID(int id) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("空链表");
            return null;
        }
        Emp temp = head;
        while (true) {
            if (temp.id == id) {
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        return temp;
    }

    //遍历员工信息
    public void show() {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("该链表没有增加员工信息");
            return;
        }
        Emp temp = head.next;
        while (true) {
            System.out.println("ID = " + temp.id + ", name = " + temp.name + ", 性别 = " + temp.sex);
            if (temp.next == null) {
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }

    //根据ID删除员工信息
    public void del(int id) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("空链表");
            return;
        }
        boolean flag = false;
        Emp temp = head;
        while (true) {
            if (temp.next.id == id) { //找到删除节点
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        if (flag) {
            temp.next = temp.next.next;
            System.out.println("删除成功");
        } else {
            System.out.println("没有找到删除节点");
        }
    }
}

3、创建哈希表

//创建哈希表
class HashTable {
    //链表的个数
    int size;
    //arr[0]:第一个链表 arr[1]:第二个链表
    LinkList[] arr;

    public HashTable(int size) {
        this.size = size;
        arr = new LinkList[size];

        //初始化数组中每个链表
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = new LinkList();
        }
    }

    //散列函数--用来指明员工信息保存在哪个链表中
    public int function(int id) {
        return id % size;
    }

    //增加
    public void add(Emp emp) {
        //增加的emp在 第 i 个链表中
        int i = function(emp.id);
        //增加到对应的链表中
        arr[i].add(emp);
    }

    //遍历
    public void show() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            arr[i].show();
        }
    }

    //通过id查询信息
    public Emp findByID(int id) {
        int i = function(id);
        return arr[i].findByID(id);
    }

    //删除
    public void del(int id) {
        int i = function(id);
        arr[i].del(id);
    }
}

public int function(int id) {
return id % size;
}

这是一个简单的散列函数，哈希表通过这样的一个函数将关键值转换为对应的数组下标，并将数据存入链表中

4、测试

提供一个操作菜单：

     HashTable hashTable = new HashTable(7);

        //写一个简单的菜单
        String key = "";//接受用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;
        while (flag) {
            System.out.println("输入：a 表示增加员工信息");
            System.out.println("输入：l 表示遍历员工信息");
            System.out.println("输入：e 表示退出程序");
            System.out.println("输入：f 表示 通过ID获取员工信息");
            System.out.println("输入：d 表示 通过ID删除员工信息");
            System.out.print("请输入关键字：");
            key = scanner.next();
            switch (key) {
                case "a":
                    System.out.println("请填写增加的数据：");
                    System.out.print("请输入ID：");
                    int id = scanner.nextInt();
                    System.out.print("请输入姓名：");
                    String name = scanner.next();
                    System.out.print("请输入性别：");
                    String sex = scanner.next();

                    Emp emp = new Emp(id, name, sex);
                    hashTable.add(emp);
                    break;
                case "l":
                    hashTable.show();
                    break;
                case "f":
                    System.out.print("请输入要查找员工的ID:");
                    int id1 = scanner.nextInt();
                    Emp emp1 = hashTable.findByID(id1);
                    System.out.println(emp1);
                    break;
                case "d":
                    System.out.print("请输入删除员工的ID:");
                    int id2 = scanner.nextInt();
                    hashTable.del(id2);
                    break;
                case "e":
                    scanner.close();
                    flag = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("您已经退出程序！");

测试结果

输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：a
请填写增加的数据：
请输入ID：1
请输入姓名：张三
请输入性别：男
输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：a
请填写增加的数据：
请输入ID：2
请输入姓名：李四
请输入性别：女
输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：l
该链表没有增加员工信息
ID = 1, name = 张三, 性别 = 男
ID = 2, name = 李四, 性别 = 女
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：f
请输入要查找员工的ID:2
Emp{id=2, name='李四', sex='女'}
输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：d
请输入删除员工的ID:1
删除成功
输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：l
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
ID = 2, name = 李四, 性别 = 女
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
该链表没有增加员工信息
输入：a 表示增加员工信息
输入：l 表示遍历员工信息
输入：e 表示退出程序
输入：f 表示通过ID获取员工信息
输入：d 表示通过ID删除员工信息
请输入关键字：e
您已经退出程序！