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java開(kāi)放地址法和鏈地址法解決hash沖突的方法示例

 更新時(shí)間:2019年12月02日 14:20:38   作者:神秘的蔥  
這篇文章主要介紹了java開(kāi)放地址法和鏈地址法解決hash沖突的方法示例,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

hashMap對(duì)各位小伙們來(lái)說(shuō),沒(méi)有不知道的了,使用過(guò)的人想必或多或少的都了解一點(diǎn)hashMap的底層實(shí)現(xiàn)原理,總結(jié)來(lái)說(shuō)就是,數(shù)組+鏈表,至于源碼的實(shí)現(xiàn),大家可參看源碼,今天想說(shuō)的是hashMap是怎么解決hash沖突的呢?

首先看一張圖,

在這里插入圖片描述

從這張圖也大概可以看出來(lái),hashMap維護(hù)的是一個(gè)數(shù)組,數(shù)組里面的每個(gè)單元又是一個(gè)個(gè)鏈表,那么為什么會(huì)產(chǎn)生hash沖突呢?這也就是接下來(lái)要探討的問(wèn)題。

既是數(shù)組,必然會(huì)有長(zhǎng)度,當(dāng)我們?cè)谕鶖?shù)組中插入數(shù)據(jù)的時(shí)候,不管是什么類(lèi)型的數(shù)據(jù),對(duì)于數(shù)組來(lái)說(shuō),就是占據(jù)了某個(gè)下標(biāo)對(duì)應(yīng)的空間,那么當(dāng)加入的數(shù)據(jù)越來(lái)越多的時(shí)候,是否會(huì)出現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)占據(jù)同一個(gè)位置呢?答案是肯定的,這就是hash沖突產(chǎn)生的原始因素;

首先,我們先弄清楚幾個(gè)概念,對(duì)于hashMap或者其他類(lèi)似的map來(lái)說(shuō),我們往里面添加數(shù)據(jù)的時(shí)候,并不是直接往數(shù)組里面加,而是通過(guò)計(jì)算這個(gè)插入數(shù)據(jù)的hash值,即通過(guò)一個(gè)hash的算法,然后把這個(gè)值加進(jìn)去,以后再去查找數(shù)據(jù)的時(shí)候,hashMap同樣會(huì)根據(jù)你的key,倒推出這個(gè)hash值然后取出數(shù)據(jù),即這個(gè)hash值可以理解為插入值對(duì)應(yīng)的數(shù)組下表;

但通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn),hash函數(shù)計(jì)算不同的key的時(shí)候,可能得到相同的hash值,這樣一來(lái),如果再用這個(gè)hash值作為數(shù)組的標(biāo)識(shí)這個(gè)值的下標(biāo),就無(wú)法定位這個(gè)值了,這個(gè)時(shí)候沖突就發(fā)生了;

下面我們用代碼來(lái)模擬一下這個(gè)使用開(kāi)發(fā)地址法解決hash沖突的問(wèn)題,首先定義一個(gè)對(duì)象,這里為Info,為了更接近真實(shí)場(chǎng)景,我們這里的屬性都為字符串,

什么是開(kāi)放地址法呢?

當(dāng)沖突發(fā)生的時(shí)候,通過(guò)查找數(shù)組的一個(gè)空位,將數(shù)據(jù)插入進(jìn)去,而不再用hash函數(shù)計(jì)算獲取數(shù)的下標(biāo),這個(gè)方法就叫做開(kāi)發(fā)地址法;

public class Info {
	private String key;			//關(guān)鍵字,或者能標(biāo)識(shí)對(duì)象的唯一屬性
	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;
	}
}

接下來(lái)手工寫(xiě)一個(gè)hashTable,用于模擬hashMap,

/**
 * 模擬hashMap
 *
 */
public class HashTable {
	
	private Info[] arr;
	
	/**
	 * 默認(rèn)的構(gòu)造方法
	 */
	public HashTable() {
		arr = new Info[100];
	}
	
	/**
	 * 指定數(shù)組初始化大小
	 */
	public HashTable(int maxSize) {
		arr = new Info[maxSize];
	}
	
	/**
	 * 插入數(shù)據(jù)
	 */
	public void insert(Info info) {
		//獲得關(guān)鍵字
		String key = info.getKey();
		//關(guān)鍵字所自定的哈希數(shù)
		int hashVal = hashCode(key);
		//如果這個(gè)索引已經(jīng)被占用,而且里面是一個(gè)未被刪除的數(shù)據(jù)
		while(arr[hashVal] != null && arr[hashVal].getName() != null) {
			//進(jìn)行遞加,避免漏找
			++hashVal;
			//循環(huán)
			hashVal %= arr.length;
		}
		arr[hashVal] = info;
	}
	
	/**
	 * 查找數(shù)據(jù)
	 */
	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;
	}
	
	/**
	 * 刪除數(shù)據(jù)
	 */
	public Info delete(String key) {
		int hashVal = hashCode(key);
		//循環(huán)查找,數(shù)組中下標(biāo)為hashVal的值,沒(méi)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;			//由于數(shù)組的值是連續(xù)的,為了避免漏找,需要依次往下找
			hashVal %= arr.length;
		}
		return null;
	}
	
	/**
	 * 獲得關(guān)鍵字的hash值,也可以自定義
	 */
	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,我們是通過(guò)對(duì)要插入的數(shù)值先進(jìn)行hash編碼,再對(duì)數(shù)值的長(zhǎng)度進(jìn)行取模i,這樣得到的位置總能夠落在數(shù)值的長(zhǎng)度內(nèi),

里面有個(gè)地方可能不太好理解,就是在插入數(shù)據(jù)的時(shí)候,我們使用while循環(huán)進(jìn)行插入,既然是開(kāi)發(fā)地址,也就是說(shuō)數(shù)組的每一個(gè)閑置的空間我們都能使用,前提是這個(gè)位置沒(méi)有被其他的值占用,由于數(shù)組是連續(xù)的,所以我們需要循環(huán)的去尋找一個(gè)這樣的位置,所以才有 ++hashVal這段代碼,直到找到了一個(gè)空位,然后我們把數(shù)據(jù)插入進(jìn)去,

在這里插入圖片描述

運(yùn)行測(cè)試main方法,我們看到,數(shù)據(jù)成功插入,但通過(guò)hash函數(shù)計(jì)算得到的“a”和"ct"卻是一樣的,再一次印證了我們前面所說(shuō)的問(wèn)題,

在這里插入圖片描述

以上便是所說(shuō)的采用開(kāi)發(fā)地址法解決hash沖突的解決方法,但這樣就萬(wàn)無(wú)一失了嗎?

我們考慮一下,數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是有限的,但我們可能會(huì)往數(shù)組里面添加很多數(shù)據(jù)進(jìn)去,數(shù)組總有被填滿(mǎn)的時(shí)候,那樣開(kāi)發(fā)地址法也不管用了,當(dāng)然,實(shí)際業(yè)務(wù)中,如果可以預(yù)料數(shù)據(jù)的大小,我們可以采用這樣的方式解決部分問(wèn)題,但問(wèn)題是這樣確實(shí)不是萬(wàn)無(wú)一失的解決辦法,

更合適的方式是什么呢?其實(shí)就是hashMap中使用較多的鏈地址法,也就是一開(kāi)始我們圖中展示的,基本結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)數(shù)組,但是數(shù)組的每個(gè)單元維護(hù)的不再是一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù),而是一個(gè)個(gè)鏈表,也就是類(lèi)似于linkedList這樣的結(jié)構(gòu),當(dāng)新插入的多個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算hash函數(shù)得到的是相同的數(shù)組下標(biāo)時(shí)候,我們只需要把值往這個(gè)索引位置維護(hù)的鏈表中插入即可,什么是鏈地址法呢?

**

在hash表每個(gè)單元中設(shè)置鏈表,某個(gè)要插入的數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)鍵字還是像通常那樣映射到hash表的某個(gè)單元中,而數(shù)據(jù)項(xiàng)的本身則被插入到該單元維護(hù)的鏈表中;

**

下面用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)一下這個(gè)過(guò)程,同上面所有不同的是,鏈表中的結(jié)構(gòu)我們通過(guò)是維護(hù)者一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn),即Node ,對(duì)鏈表結(jié)構(gòu)不熟悉的同學(xué)可以先自行百度一下,不是很難,

1、定義一個(gè)對(duì)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、定義一個(gè)Node作為鏈表中的基本存儲(chǔ)單元,

public class Node {

	// 數(shù)據(jù)域
	public Info info;
	// 指針域,指向?qū)ο乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)引用
	public Node next;

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

}

3、定義一個(gè)鏈表,

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

	// 頭結(jié)點(diǎn)
	private Node first;

	public LinkList() {
		first = null;
	}

	// 插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)
	public void insertFirst(Info info) {
		Node node = new Node(info);
		node.next = first;
		first = node;
	}

	// 刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn),在頭結(jié)點(diǎn)后進(jìn)行刪除
	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;
	}

	/**
	 * 刪除方法
	 */
	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、模擬hashMap的幾個(gè)方法,

public class HashTable {

	private LinkList[] arr;

	/**
	 * 默認(rèn)的構(gòu)造方法
	 */
	public HashTable() {
		arr = new LinkList[100];
	}

	/**
	 * 指定數(shù)組初始化大小
	 */
	public HashTable(int maxSize) {
		arr = new LinkList[maxSize];
	}

	/**
	 * 插入數(shù)據(jù)
	 */
	public void insert(Info info) {
		String key = info.getKey();
		// 獲取關(guān)鍵字的自定義hash函數(shù)
		int hashVal = hashCode(key);

		if (arr[hashVal] == null) {		//如果數(shù)組某個(gè)單元的位置為空,則需要重新構(gòu)造一個(gè)linkList
			arr[hashVal] = new LinkList();
		}
		arr[hashVal].insertFirst(info);
	}

	/**
	 * 查找數(shù)據(jù)
	 */
	public Info find(String key) {
		int hashVal = hashCode(key);
		return arr[hashVal].find(key).info;
	}
	
	/**
	 * 刪除數(shù)據(jù)
	 */
	public Info delete(String key){
		int hashVal = hashCode(key);
		return arr[hashVal].delete(key).info;
	}
	

	/**
	 * 自定義計(jì)算hash的函數(shù)
	 */
	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();
	}

}

和上面開(kāi)發(fā)地址法插入數(shù)據(jù)和查找數(shù)據(jù)不同,此種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)查找的時(shí)候,其實(shí)是進(jìn)行兩次查到的,第一次定位數(shù)組中的位置,第二次去到鏈表中,調(diào)用鏈表的查找方法進(jìn)行查找,這一點(diǎn)值得注意,插入和刪除的思想也是類(lèi)似,

在這里插入圖片描述

下面我們來(lái)測(cè)試一下,可以看到,依然達(dá)到了效果,說(shuō)明我們模擬的鏈地址法也生效了,

在這里插入圖片描述

以上就是通過(guò)開(kāi)發(fā)地址法和鏈地址法解決hash沖突的兩種方式,希望對(duì)大家理解hashMap的底層原理有所幫助…感謝觀(guān)看!也希望大家多多支持腳本之家。

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