java开放地址法和链地址法解决hash冲突的方法示例

发布时间: 2019-12-02 16:29:51 来源: 互联网 栏目: Java 点击:

这篇文章主要介绍了java开放地址法和链地址法解决hash冲突的方法示例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

hashMap对各位小伙们来说,没有不知道的了,使用过的人想必或多或少的都了解一点hashMap的底层实现原理,总结来说就是,数组+链表,至于源码的实现,大家可参看源码,今天想说的是hashMap是怎么解决hash冲突的呢?

首先看一张图,

在这里插入图片描述

从这张图也大概可以看出来,hashMap维护的是一个数组,数组里面的每个单元又是一个个链表,那么为什么会产生hash冲突呢?这也就是接下来要探讨的问题。

既是数组,必然会有长度,当我们在往数组中插入数据的时候,不管是什么类型的数据,对于数组来说,就是占据了某个下标对应的空间,那么当加入的数据越来越多的时候,是否会出现多个数据占据同一个位置呢?答案是肯定的,这就是hash冲突产生的原始因素;

首先,我们先弄清楚几个概念,对于hashMap或者其他类似的map来说,我们往里面添加数据的时候,并不是直接往数组里面加,而是通过计算这个插入数据的hash值,即通过一个hash的算法,然后把这个值加进去,以后再去查找数据的时候,hashMap同样会根据你的key,倒推出这个hash值然后取出数据,即这个hash值可以理解为插入值对应的数组下表;

但通过实验我们可以发现,hash函数计算不同的key的时候,可能得到相同的hash值,这样一来,如果再用这个hash值作为数组的标识这个值的下标,就无法定位这个值了,这个时候冲突就发生了;

下面我们用代码来模拟一下这个使用开发地址法解决hash冲突的问题,首先定义一个对象,这里为Info,为了更接近真实场景,我们这里的属性都为字符串,

什么是开放地址法呢?

当冲突发生的时候,通过查找数组的一个空位,将数据插入进去,而不再用hash函数计算获取数的下标,这个方法就叫做开发地址法;

public class Info {
	private String key;			//关键字,或者能标识对象的唯一属性
	private String name;		//值域
	
	public Info(String key, String name) {
		this.key = key;
		this.name = name;
	}

	public String getKey() {
		return key;
	}

	public void setKey(String key) {
		this.key = key;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
}

接下来手工写一个hashTable,用于模拟hashMap,

/**
 * 模拟hashMap
 *
 */
public class HashTable {
	
	private Info[] arr;
	
	/**
	 * 默认的构造方法
	 */
	public HashTable() {
		arr = new Info[100];
	}
	
	/**
	 * 指定数组初始化大小
	 */
	public HashTable(int maxSize) {
		arr = new Info[maxSize];
	}
	
	/**
	 * 插入数据
	 */
	public void insert(Info info) {
		//获得关键字
		String key = info.getKey();
		//关键字所自定的哈希数
		int hashVal = hashCode(key);
		//如果这个索引已经被占用,而且里面是一个未被删除的数据
		while(arr[hashVal] != null && arr[hashVal].getName() != null) {
			//进行递加,避免漏找
			++hashVal;
			//循环
			hashVal %= arr.length;
		}
		arr[hashVal] = info;
	}
	
	/**
	 * 查找数据
	 */
	public Info find(String key) {
		int hashVal = hashCode(key);
		while(arr[hashVal] != null) {
			if(arr[hashVal].getKey().equals(key)) {
				return arr[hashVal];
			}
			++hashVal;
			hashVal %= arr.length;
		}
		return null;
	}
	
	/**
	 * 删除数据
	 */
	public Info delete(String key) {
		int hashVal = hashCode(key);
		//循环查找,数组中下标为hashVal的值,没有找到返回null
		while(arr[hashVal] != null) {
			if(arr[hashVal].getKey().equals(key)) {
				Info tmp = arr[hashVal];
				tmp.setName(null);
				return tmp;
			}
			++hashVal;			//由于数组的值是连续的,为了避免漏找,需要依次往下找
			hashVal %= arr.length;
		}
		return null;
	}
	
	/**
	 * 获得关键字的hash值,也可以自定义
	 */
	public int hashCode(String key) {
		
		BigInteger hashVal = new BigInteger("0");
		BigInteger pow27 = new BigInteger("1");
		for(int i = key.length() - 1; i >= 0; i--) {
			int letter = key.charAt(i) - 96;
			BigInteger letterB = new BigInteger(String.valueOf(letter));
			hashVal = hashVal.add(letterB.multiply(pow27));
			pow27 = pow27.multiply(new BigInteger(String.valueOf(27)));
		}
		return hashVal.mod(new BigInteger(String.valueOf(arr.length))).intValue();
	}
}

可以看到,我们是通过对要插入的数值先进行hash编码,再对数值的长度进行取模i,这样得到的位置总能够落在数值的长度内,

里面有个地方可能不太好理解,就是在插入数据的时候,我们使用while循环进行插入,既然是开发地址,也就是说数组的每一个闲置的空间我们都能使用,前提是这个位置没有被其他的值占用,由于数组是连续的,所以我们需要循环的去寻找一个这样的位置,所以才有 ++hashVal这段代码,直到找到了一个空位,然后我们把数据插入进去,

在这里插入图片描述

运行测试main方法,我们看到,数据成功插入,但通过hash函数计算得到的“a”和"ct"却是一样的,再一次印证了我们前面所说的问题,

在这里插入图片描述

以上便是所说的采用开发地址法解决hash冲突的解决方法,但这样就万无一失了吗?

我们考虑一下,数据的长度是有限的,但我们可能会往数组里面添加很多数据进去,数组总有被填满的时候,那样开发地址法也不管用了,当然,实际业务中,如果可以预料数据的大小,我们可以采用这样的方式解决部分问题,但问题是这样确实不是万无一失的解决办法,

更合适的方式是什么呢?其实就是hashMap中使用较多的链地址法,也就是一开始我们图中展示的,基本结构仍然是一个数组,但是数组的每个单元维护的不再是一个个数据,而是一个个链表,也就是类似于linkedList这样的结构,当新插入的多个数据通过计算hash函数得到的是相同的数组下标时候,我们只需要把值往这个索引位置维护的链表中插入即可,什么是链地址法呢?

**

在hash表每个单元中设置链表,某个要插入的数据项的关键字还是像通常那样映射到hash表的某个单元中,而数据项的本身则被插入到该单元维护的链表中;

**

下面用代码来实现一下这个过程,同上面所有不同的是,链表中的结构我们通过是维护者一个个节点,即Node ,对链表结构不熟悉的同学可以先自行百度一下,不是很难,

1、定义一个对象Info,

public class Info {
	
	private String key;
	private String name;
	
	public Info(String key, String name) {
		this.key = key;
		this.name = name;
	}

	public String getKey() {
		return key;
	}

	public void setKey(String key) {
		this.key = key;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	
	
	
}

2、定义一个Node作为链表中的基本存储单元,

public class Node {

	// 数据域
	public Info info;
	// 指针域,指向对下一个节点引用
	public Node next;

	public Node(Info info) {
		this.info = info;
	}

}

3、定义一个链表,

/**
 * 模拟linkedList
 * 
 * @author asus
 *
 */
public class LinkList {

	// 头结点
	private Node first;

	public LinkList() {
		first = null;
	}

	// 插入一个节点
	public void insertFirst(Info info) {
		Node node = new Node(info);
		node.next = first;
		first = node;
	}

	// 删除一个节点,在头结点后进行删除
	public Node deleteFirst() {
		Node temp = first;
		first = temp.next;
		return temp;
	}

	/**
	 * 查找方法
	 */
	public Node find(String key) {
		Node current = first;
		while (!key.equals(current.info.getKey())) {
			if (current.next == null) {
				return null;
			}
			current = current.next;
		}
		return current;
	}

	/**
	 * 删除方法
	 */
	public Node delete(String key) {
		Node current = first;
		Node previous = first;
		while (!key.equals(current.info.getKey())) {
			if (current.next == null) {
				return null;
			}
			previous = current;
			current = current.next;
		}

		if (current == first) {
			first = first.next;
		} else {
			previous.next = current.next;
		}
		return current;

	}

}

4、模拟hashMap的几个方法,

public class HashTable {

	private LinkList[] arr;

	/**
	 * 默认的构造方法
	 */
	public HashTable() {
		arr = new LinkList[100];
	}

	/**
	 * 指定数组初始化大小
	 */
	public HashTable(int maxSize) {
		arr = new LinkList[maxSize];
	}

	/**
	 * 插入数据
	 */
	public void insert(Info info) {
		String key = info.getKey();
		// 获取关键字的自定义hash函数
		int hashVal = hashCode(key);

		if (arr[hashVal] == null) {		//如果数组某个单元的位置为空,则需要重新构造一个linkList
			arr[hashVal] = new LinkList();
		}
		arr[hashVal].insertFirst(info);
	}

	/**
	 * 查找数据
	 */
	public Info find(String key) {
		int hashVal = hashCode(key);
		return arr[hashVal].find(key).info;
	}
	
	/**
	 * 删除数据
	 */
	public Info delete(String key){
		int hashVal = hashCode(key);
		return arr[hashVal].delete(key).info;
	}
	

	/**
	 * 自定义计算hash的函数
	 */
	public int hashCode(String key) {

		BigInteger hashVal = new BigInteger("0");
		BigInteger pow27 = new BigInteger("1");
		for (int i = key.length() - 1; i >= 0; i--) {
			int letter = key.charAt(i) - 96;
			BigInteger letterB = new BigInteger(String.valueOf(letter));
			hashVal = hashVal.add(letterB.multiply(pow27));
			pow27 = pow27.multiply(new BigInteger(String.valueOf(27)));
		}
		return hashVal.mod(new BigInteger(String.valueOf(arr.length))).intValue();
	}

}

和上面开发地址法插入数据和查找数据不同,此种方式进行数据查找的时候,其实是进行两次查到的,第一次定位数组中的位置,第二次去到链表中,调用链表的查找方法进行查找,这一点值得注意,插入和删除的思想也是类似,

在这里插入图片描述

下面我们来测试一下,可以看到,依然达到了效果,说明我们模拟的链地址法也生效了,

在这里插入图片描述

以上就是通过开发地址法和链地址法解决hash冲突的两种方式,希望对大家理解hashMap的底层原理有所帮助…感谢观看!也希望大家多多支持我们。

本文标题: java开放地址法和链地址法解决hash冲突的方法示例
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