[数据结构与算法] 哈希表

偏执的太偏执、 2023-07-04 11:09 62阅读 0赞

> **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。

如下图,定义了16个数组,每个数组用来存放一条链表. 在插入数据时, 首先会**通过将元素值对数组个数取模来找到该元素位于哪个链表**(数组), 然后再**按照链表的插入方式插入**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzMzcxNTU2_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**我们google公司的一个上机题来学习Hash表:**

>  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,名字,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,速度越快越好=>哈希表(散列)
 *  添加时，保证按照id从低到高插入 \[思考：如果id不是从低到高插入，但要求各条链表仍是从低到高，怎么解决?\]
 *  使用链表来实现哈希表, 该链表不带表头\[即: 链表的第一个结点就存放雇员信息\]
 *  思路分析并画出示意图
 *  代码实现\[增删改查(显示所有员工，按id查询)\]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzMzcxNTU2_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**代码实现**

*  **创建链表中的单个元素实体Emp**
 *  **创建链表实体EmpLinkedList , 用于存放上述元素以及增删改查方法**  
    这里因为开始时没有对head进行初始化,因此删除时需要单独进行判断
 *  **创建HashTab, 编写散列函数, 并实现Hash表的增删改查方法**

/** * 哈希表实现数据的存储 * * @author TimePause * @create 2020-02-09 10:53 */
    public class HashDemo { 
       
    /** * 雇员类 */
    class Emp { 
        public int id;
        public String name;
        public Emp next;//next默认为null
    
        public Emp(int id, String name) { 
            this.id = id;
            this.name = name;
        }
    }
    
    /** * 用链表存放雇员信息 */
    class EmpLinkedList { 
        //头指针，执行第一个Emp,因此我们这个链表的head 是直接指向第一个Emp
        //***默认null,但是如果这里不进行初始化,那么在根据id删除链表节点时,会因为没有初始化而出现空指针异常而无法进行下去***
        //private Emp head=new Emp(0,"");//这样初始化没问题,但是每条链表第一个元素就是id=0,name= ,会占用额外空间
        private Emp head=null;
    
        // 添加雇员方法
        public void add(Emp emp){ 
            // 如果是添加第一个雇员
            if (head==null){ 
                head = emp;
                return;//退出
            }
            // 如果添加的不是第一个雇员,则使用一个辅助指针,帮助定位到最后
            Emp curEmp = head;
            while (true){ 
                if (curEmp.next==null){ //说明遍历到最后
                        break;//结束当前循环
                }
                //否则则将指针后移
                curEmp = curEmp.next;
            }
            // 在链表末尾添加emp
            curEmp.next = emp;
        }
    
        /**
         * 删除节点元素
         * @param no
         */
        public void del(int no){ 
            //***如果链表中只有一个元素, 则直接将该元素置空即为删除***
            if (head!=null && head.next==null){ 
                head = null;
                return;
            }else{ 
    			 System.out.println("链表为空,无法删除");
    		}
            //如果是正常情况. 删除节点
            Emp curEmp = head;
            // 辅助变量flag,代表查找的元素是否存在
            boolean flag = false;
            while (true){ 
                if (curEmp.next==null){ //说明已到达链表末尾
                    break;
                }
                if (curEmp.next.id==no){ 
                    flag = true;
                    break;
                }
                curEmp=curEmp.next;
            }
            if (flag){ 
                curEmp.next = curEmp.next.next;
            }else { 
                System.out.println("要删除的节点不存在");
            }
        }
    
    
        //遍历显示链表雇员的基本信息
        public void list(int no){ 
            if(head == null) {  //说明链表为空
                System.out.println("第 "+(no+1)+" 链表为空");
                return;
            }
            System.out.print("第 "+(no+1)+" 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;//退出当前循环
                }
                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,如果没找到就返回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;
            }
            // 如果链表不为空, 则进行链表的查找
            // 首先创建一个辅助变量
            Emp curEmp = head;
            while (true){ 
                if (curEmp.id==id){ 
                    break;
                }
                //如果到链表尾部还没有找到, 则将当前元素置为空并返回
                if (curEmp.next==null){ 
                    curEmp = null;
                    break;
                }
                curEmp = curEmp.next;//后移
            }
            return curEmp;
        }
    }
    
    /**
     * 创建HashTab,管理多条链表
     */
    class HashTab{ 
        private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;//存放多条链表
        private int size;//表示有多少条链表
    
    
        //构造器
        public  HashTab(int size){ 
            this.size = size;
            // 初始化雇员链表数组
            this.empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
            // ? 这时不要忘记初始化每个链表!!!
            for (int i = 0; i < size; i++) { 
                empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();//size为几就初始化几条数组
            }
        }
    
        // 编写散列函数, 适用于简单取模
        public int hashFun(int id){ 
            return id % size;
        }
    
        //添加雇员
        public void add(Emp emp){ 
            // 根据员工id,查询到员工应该添加到哪个链表
            int empLinkedNo = hashFun(emp.id);
            // 将emp添加到对应的链表中
            empLinkedListArray[empLinkedNo].add(emp);
        }
    
        /** * 删除雇员 */
        public void del(int no){ 
            int empLinkedNo = hashFun(no);
            empLinkedListArray[empLinkedNo].del(no);
    
        }
    
    
        // 遍历所有的链表, 通过遍历HashTab
        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);
            // 根据id查询数据在那条链表
            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~");
            }
        }
    
    
    }

**在测试代码时,在main()方法中编写一个界面来测试**

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("del: 删除");
                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("输入名字");
                        String name = scanner.next();
                        //创建 雇员
                        Emp emp = new Emp(id, name);
                        hashTab.add(emp);
                        break;
                    case "list":
                        hashTab.list();
                        break;
                    case "find":
                        System.out.println("请输入要查找的id");
                        id = scanner.nextInt();
                        hashTab.findEmpById(id);
                        break;
                    case "del":
                        System.out.println("请输入要删除的id");
                        id = scanner.nextInt();
                        hashTab.del(id);
                        break;
                    case "exit":
                        scanner.close();
                        System.exit(0);
                    default:
                        break;
                }
            }
        }
    }

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