数据结构笔记_20 哈希表

先看一个google公司的上机题：

一、简介：

  散列表（Hash table，也叫哈希表），是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。

  给定表M，存在函数f(key)，对任意给定的关键字值key，代入函数后若能得到包含该关键字的记录在表中的地址，则称表M为哈希(Hash）表，函数f(key)为哈希(Hash) 函数。

二、为何需要哈希表？

   Java程序操作数据时，倘若每次查数据都用数据库，会导致速度慢 + 对数据库压力太大，所以考虑加一个缓存层，先加载部分常用数据。能尽量在缓存层取数据，就不到数据库中去取。可以考虑使用缓存产品，或者自己写一个缓存层，将数据存放到哈希表中，直接在哈希表中取数据。

三、图解：

下面的图解，其实就是数组里是链表，链表里是节点 ~

  哈希表同时管理多条链表，例如id 原先只能放到一条链表里，但现在能散在七条链表中，性能就相应的提升了七倍。

  这个哈希表中，用到的是不带头节点的单链表，和之前学习的单链表在操作上有微小的差别。

  需要注意的是，我们是通过操作哈希表中的数组元素所具备的单链表相关操作属性，来实现使用哈希表管理雇员信息的。一个提供具体的底层实现方法，一个对其进行调用。

四、代码

1、散列函数：这里使用了一个简单的取模法。

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

2、雇员链表类：

class EmpLinkedList {
    
    
	// 头指针，指向第一个Emp,因此这个链表的head 是直接指向第一个Emp
	private Emp head;// 默认为null

	// 添加雇员到链表
	// 说明
	// id的插入不再是从小到大时，得考虑逆序
	public void add(Emp emp) {
    
    
		// 空链表直接插入
		if (head == null) {
    
    
			head = emp;
			return;
		} else {
    
    
			// 逆序发生在位于链表最前方
			Emp curEmp = head;
			Emp temp = head;// 临时变量保存一下更大的元素
			// 位于链表的最前方
			if (emp.id < curEmp.id) {
    
    // 如果逆序（例如4<5，应该插在前面）
				head = emp;
				head.next = temp;
			} else {
    
    
				// 找合适的位置
				while (curEmp.next != null && curEmp.next.id < emp.id) {
    
    
					// 例如1、15之间，第一个条件满足，第二个条件不满足，退出循环。就找到位置了，在1后面
					curEmp = curEmp.next;
				}
				// 找到了合适的位置
				emp.next = curEmp.next;
				curEmp.next = emp;
			}
		}

	}

	// 遍历链表的雇员信息
	public void list(int no) {
    
    
		if (head == null) {
    
    // 说明链表为空
			System.out.println("第" + (no + 1) + "条链表为空~");
			return;
		}
		System.out.print("第" + (no + 1) + "条链表的信息为：");
		Emp curEmp = head;// 辅助指针
		while (true) {
    
    
			System.out.printf("--> id=%d name=%s\t", curEmp.id, curEmp.name);
			if (curEmp.next == null) {
    
    // 说明curEmp已经是最后结点
				break;
			}
			curEmp = curEmp.next;// 后移，遍历
		}
		System.out.println();
	}

	// 根据id 查找雇员
	// 如果找到就返回Emp,没找到就返回null
	public Emp findEmpById(int id) {
    
    
		// 判断链表是否为空
		if (head == null) {
    
    
			System.out.println("链表为空~");
			return null;
		}
		// 辅助指针
		Emp curEmp = head;
		while (true) {
    
    
			if (curEmp.id == id) {
    
    // 找到
				break;// 这时curEmp就指向要查找的雇员
			}
			// 退出
			if (curEmp.next == null) {
    
    // 说明遍历当前链表没有找到该雇员
				curEmp = null;
				break;
			}
			curEmp = curEmp.next;// 后移
		}
		return curEmp;
	}

	// 根据id 删除雇员
	public void deleteEmpById(int id) {
    
    
		// 判断链表是否为空
		if (head == null) {
    
    
			System.out.println("链表为空~");
			return;
		}
		// 辅助指针
		Emp curEmp = head;
		while (true) {
    
    
			if (head.id == id) {
    
    // 第一个就是要删除的元素
				head = head.next;
				System.out.println("删除成功~");
				return;
			}
			if (curEmp.next == null) {
    
    
				break;
			}
			if (curEmp.next.id == id) {
    
    // 第二个开始的元素删除
				curEmp.next = curEmp.next.next;
				System.out.println("删除成功~");
				return;
			} else {
    
    
				System.out.println("找不到需要删除的元素~");
			}
			curEmp = curEmp.next;
		}

	}

}

3、哈希表类

class HashTab {
    
    
	private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;// 数组里放链表
	private int size;// 表示有多少条链表

	// 构造器
	public HashTab(int size) {
    
    
		this.size = size;
		// 初始化 empLinkedListArray
		empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
		// 坑，不要忘了分别初始化每个链表
		for (int i = 0; i < size; i++) {
    
    
			empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();
		}
	}

	// 添加雇员
	public void add(Emp emp) {
    
    
		// 根据员工的id 得到该员工应当添加到哪条链表
		int empLinkedListNO = hashFun(emp.id);
		// 将emp 添加到对应的链表中
		empLinkedListArray[empLinkedListNO].add(emp);

	}

	// 遍历所有的链表，遍历hashtab(哈希表=链表+数组）
	public void list() {
    
    
		for (int i = 0; i < size; i++) {
    
    
			empLinkedListArray[i].list(i);
		}
	}

	// 根据输入的id，查找雇员
	public void findEmpById(int id) {
    
    
		// 使用散列函数确定到哪条链表查找
		int empLinkedListNO = hashFun(id);
		Emp emp = empLinkedListArray[empLinkedListNO].findEmpById(id);
		if (emp != null) {
    
    // 找到
			System.out.printf("在第%d条链表中找到雇员 id = %d\n", (empLinkedListNO + 1), id);
		} else {
    
    
			System.out.println("在哈希表中，没有找到该雇员~");
		}
	}

	// 根据输入的id，删除雇员
	public void deleteEmpById(int id) {
    
    
		// 使用散列函数确定到哪条链表查找
		int empLinkedListNO = hashFun(id);
		empLinkedListArray[empLinkedListNO].deleteEmpById(id);
	}

	// 编写一个散列函数，使用一个简单的取模法
	public int hashFun(int id) {
    
    
		return id % size;

	}
}

主函数：

	public static void main(String[] args) {
    
    

		// 创建哈希表
		HashTab hashTab = new HashTab(7);

		// 写一个简单的菜单
		String key = "";
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		while (true) {
    
    
			System.out.println("add:添加雇员");
			System.out.println("list:显示雇员");
			System.out.println("find:查找雇员");
			System.out.println("delete:删除雇员");
			System.out.println("exit:退出系统");

			key = scanner.next();
			switch (key) {
    
    
			case "add":
				System.out.println("输入id");
				int id = scanner.nextInt();
				System.out.println("输入姓名");
				String name = scanner.next();
				// 创建雇员
				Emp emp = new Emp(id, name);
				hashTab.add(emp);
				break;
			case "list":
				hashTab.list();
				break;
			case "exit":
				scanner.close();
				System.out.println("退出成功~");
				System.exit(0);
			case "find":
				System.out.println("请输入要查找的id");
				id = scanner.nextInt();
				hashTab.findEmpById(id);
			case "delete":
				System.out.println("请输入要删除的id");
				id = scanner.nextInt();
				hashTab.deleteEmpById(id);
			default:
				break;
			}
		}
	}

4、完善之处:

本文较韩顺平老师课堂代码的完善之处：

1. 实现了 id 保持从小到大插入。例子：现有链表2中元素：1、15，此时要插入8，8大于1，小于15。所以需要在1后面，15的前面插入。
2. 不带头节点的单链表中，删除节点的相关操作。

5、简单测试一下