数据结构之hash表，HashMap简单实现

Hash表概念

在查找表中我们已经说过，在Hash表中，记录在表中的位置和其关键字之间存在着一种确定的关系。这样我们就能预先知道所查关键字在表中的位置，

从而直接通过下标找到记录。使查找时间复杂度接近O(1)。

  1)哈希(Hash)函数是一个映象，即： 将关键字的集合映射到某个地址集合上，它的设置很灵活，只要这个地址集合的大小不超出允许范围即可；

  2)由于哈希函数是一个压缩映象，因此，在一般情况下，很容易产生“冲突”现象，即：key1¹ key2，而  f(key1)=f(key2)，这时候下标就出现冲突了。

  3).只能尽量减少冲突而不能完全避免冲突，这是因为通常关键字集合比较大，其元素包括所有可能的关键字，而地址集合的元素仅为哈希表中的地址值在构造

     这种特殊的“查找表”时，除了需要选择一个“好”(尽可能少产生冲突)的哈希函数之外；还需要找到一种“处理冲突” 的方法。

Hash构造函数的方法，及适用范围

（1）直接定址法：

        哈希函数为关键字的线性函数，H(key) = key 或者 H(key) = a*key + b

       此法仅适合于：地址集合的大小 ==关键字集合的大小，其中a和b为常数。

（2）数字分析法：

         假设关键字集合中的每个关键字都是由 s 位数字组成 (u1, u2, …, us)，分析关键字集中的全体， 并从中提取分布均匀的若干位或它们的组合作为地址。

         此法适于:能预先估计出全体关键字的每一位上各种数字出现的频度。

（3）平方取中法：

         以关键字的平方值的中间几位作为存储地址。求“关键字的平方值” 的目的是“扩大差别” ，同 时平方值的中间各位又能受到整个关键字中各位的影响。

         此法适于:关键字中的每一位都有某些数字重复出现频度很高的现象。

（4）折叠法：

        将关键字分割成若干部分，然后取它们的叠加和为哈希地址。两种叠加处理的方法：移位叠加:将分割后的几部分低位对齐相加；间界叠加:从一端沿分割界来回折叠，然后对齐相加。

        此法适于：关键字的数字位数特别多。

（5）除留余数法：

         设定哈希函数为:H(key) = key%p( p≤m )，其中， m为表长，p 为不大于m的素数，或是不含20以下的质因子

（6）随机数法：

       设定哈希函数为:H(key) = Random(key)其中，Random 为伪随机函数

       此法适于：对长度不等的关键字构造哈希函数。

     实际造表时，采用何种构造哈希函数的方法取决于建表的关键字集合的情况(包括关键字的范围和形态)，以及哈希表    长度（哈希地址范围），总的原则是使产生冲突的可能性降到尽可能地小。

三.Hash处理冲突方法，各自特征“处理冲突”的实际含义是：为产生冲突的关键字寻找下一个哈希地址。

      （1）开放定址法：

               为产生冲突的关键字地址 H(key)求得一个地址序列： H0, H1, H2, …, Hs 1≤s≤m-1，Hi =( H(key)+di)%m，其中： i=1, 2, …,s，H(key)为哈希函数;m为哈希表长;

      （2）链地址法：

          将所有哈希地址相同的记录都链接在同一链表中。

     

      （3）再哈希法：

               方法：构造若干个哈希函数，当发生冲突时，根据另一个哈希函数计算下一个哈希地址，直到冲突不再发 生。即：Hi=Rhi(key)i=1,2,……k，其中：Rhi——不同的哈希函数，特点：计算时间增加

四.Hash查找过程

       对于给定值 K,计算哈希地址 i = H(K)，若 r[i] = NULL则查找不成功，若 r[i].key = K则查找成功、

否则 “求下一地址 Hi”，直至r[Hi] = NULL(查找不成功)或r[Hi].key = K(查找成功) 为止。

四、HashMap简单实现

package com.sourcecode.hashmap;
public class MyMap<K, V> {
        //测试
        public static void main(String[] args) {
                MyMap map=new MyMap();
                map.put("name", "admin");
                map.put("age", 1);
               
                System.out.println(map.get("name"));
                System.out.println(map.size);
        }
       
        private int size;//当前容量
        private static int INIT_CAPACITY=16;//默认容量
        private Entry<K,V> [] container;//实际存储数据的数组对象 
        private static float LOAD_FACTOR=0.75f;//装载因子 
        private int max;//能存的最大的数=capacity*factor
       
        public MyMap(int init_capacity,float load_factor){//构造函数
                if(init_capacity<0){
                        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity:"+init_capacity);
                }
                if(load_factor<=0 || Float.isNaN(load_factor)){//格式是否合法
                        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor:"+load_factor);
                }
                this.LOAD_FACTOR=load_factor;
                max=(int)(init_capacity*load_factor);
                container=new Entry[init_capacity];
        }
    public MyMap() {//无参构造函数
      this(INIT_CAPACITY, LOAD_FACTOR);
    }
    //放入一个元素
    public boolean put(K k,V v){
         // 1.计算K的hash值 
         int hash=k.hashCode();//调用JDK给出的hashCode()方法来计算hash值
         //2、将所有信息封装为一个Entry 
         Entry<K,V> temp=new Entry(k,v,hash);
         if(setEntry(temp, container)){
                 //size加一
                 size++;
                 return true;
         }
         return false;
    }
    //得到一个元素
    public V get(K k){
         Entry<K,V> entry=null;
         int hash=k.hashCode();
         int index=indexFor(hash, container.length);
         entry=container[index];
         if(null== entry){
                 return null;
         }
         while(null!=entry){
                 if(k == entry.key || entry.key.equals(k)){
                         return entry.value;
                 }
         }
         return null;
    }
    /*为table中放入一个entry*/
    private boolean setEntry(Entry<K,V> temp,Entry [] table){
       int index=indexFor(temp.hash,table.length);//根据hash码产生数组下标
       Entry<K,V> entry=table[index];//先获取这个元素
       if(null!=entry){
            while(null!=entry){
                    if((temp.key == entry.key || temp.key.equals(entry.key ))&&temp.hash == entry.hash &&(temp.value == entry.value)||temp.value.equals(entry.value)){
                              return false;
                    }elseif(temp.key!=entry.key&&temp.value!=entry.value){
                            if(null!=entry.next){
                                    break;
                            }
                                   entry=entry.next;
                    }
            }
            addEntry2Last(entry,temp);
       }else{
            setFirEntry(temp,index,table);//如果原table种这个位置为空
       }
       return true;
    }
    /*为table的这个索引设置第一个值*/
        private void setFirEntry(Entry<K, V> temp, int index, Entry[] table) {
                if(size>max){
                        resize(table.length*4);
                }
                // 2.不超标，或者扩容以后，设置元素 
                table[index]=temp;
                //因为每次设置后都是新的链表，需要将其后接的结点都去掉
                temp.next=null;
        }
        /*将entry加入到相应的位置*/
        private void addEntry2Last(Entry<K, V> entry, Entry<K, V> temp) {
         if(size>max){
          resize(container.length*4);
         }
         entry.next=temp;
        }
        /*重新设置表的大小*/
        private void resize(int newSize) {
         Entry<K,V> [] newTable=new Entry[newSize];
         max=(int)(newSize*LOAD_FACTOR);
         for(int j=0;j<container.length;j++){
          Entry<K,V> entry=container[j];
          //因为每个数组元素其实为链表，所以…………
          while(null!=entry){
                  setEntry(entry,newTable);
                  entry=entry.next;
          }
         }
         container=newTable;
        }
        /*得到数组下标*/
        private int indexFor(int hash, int length) {
                return hash&(container.length-1);
        }
}
/*链表元素*/
class Entry<K,V>{
        Entry<K, V> next;
        V value;
        K key;
        int hash;//这个key对应的hash码，作为一个成员变量，当下次需要用的时候可以不用重新计算
        public Entry(K k,V v, int hash) {
                this.key=k;
                this.value=v;
                this.hash=hash;// 下一个结点 
        }
        public V getValue() {
                return value;
        }
        public void setValue(V value) {
                this.value = value;
        }
        public K getKey() {
                return key;
        }
        public void setKey(K key) {
                this.key = key;
        }
        public int getHash() {
                return hash;
        }
        public void setHash(int hash) {
                this.hash = hash;
        }
}