使用 Java 的 DSA - 哈希表

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概述

哈希表是一种数据结构，无论哈希表的大小如何，插入和搜索操作都非常快。它几乎是一个常数或 O(1)。哈希表使用数组作为存储介质，利用哈希技术生成要插入或定位元素的索引。

散列

散列是一种将一系列键值转换为一系列数组索引的技术。我们将使用模运算符来获取一系列键值。考虑一个大小为 20 的哈希表的示例，并且要存储以下项目。项目采用（键，值）格式。

• (1,20)

• (2,70)

• (42,80)

• (4,25)

• (12,44)

• (14,32)

• (17,11)

• (13,78)

• (37,98)

线性探测

正如我们所看到的，所使用的哈希技术可能会创建已使用的数组索引。在这种情况下，我们可以通过查看下一个单元格来搜索数组中的下一个空位置，直到找到空单元格。这种技术称为线性探测。

基本操作

以下是哈希表的基本主要操作。

• 搜索- 搜索哈希表中的元素。

• 插入- 在哈希表中插入一个元素。

• 删除- 从哈希表中删除一个元素。

数据项

定义一个具有一些数据的数据项，以及要在哈希表中进行搜索的键。

public class DataItem {
   private int key;
   private int data;

   public DataItem(int key, int data){
      this.key = key;
      this.data = data;
   }

   public int getKey(){
      return key;
   }

   public int getData(){
      return data;
   }   
}

哈希方法

定义一个哈希方法来计算数据项的键的哈希码。

public int hashCode(int key){
   return key % size;
}

搜索操作

每当要搜索元素时。计算传递的键的哈希码，并使用该哈希码作为数组中的索引来定位元素。如果在计算的哈希码中未找到元素，则使用线性探测来获取前面的元素。

public DataItem search(int key){               
   //get the hash 
   int hashIndex = hashCode(key);        
   //move in array until an empty 
   while(hashArray[hashIndex] !=null){
      if(hashArray[hashIndex].getKey() == key)
         return hashArray[hashIndex]; 
      //go to next cell
      ++hashIndex;
      //wrap around the table
      hashIndex %= size;
   }        
   return null;        
}

插入操作

每当要插入元素时。计算传递的键的哈希码，并使用该哈希码作为数组中的索引来定位索引。如果在计算的哈希码处找到元素，则对空位置使用线性探测。

public void insert(DataItem item){
   int key = item.getKey();

   //get the hash 
   int hashIndex = hashCode(key);

   //move in array until an empty or deleted cell
   while(hashArray[hashIndex] !=null
      && hashArray[hashIndex].getKey() != -1){
      //go to next cell
      ++hashIndex;
      //wrap around the table
      hashIndex %= size;
   }

   hashArray[hashIndex] = item;        
}

删除操作

每当要删除一个元素时。计算传递的键的哈希码，并使用该哈希码作为数组中的索引来定位索引。如果在计算的哈希码中未找到元素，则使用线性探测来获取前面的元素。找到后，将虚拟项存储在那里以保持哈希表的性能完好无损。

public DataItem delete(DataItem item){
   int key = item.getKey();

   //get the hash 
   int hashIndex = hashCode(key);

   //move in array until an empty 
   while(hashArray[hashIndex] !=null){
      if(hashArray[hashIndex].getKey() == key){
         DataItem temp = hashArray[hashIndex]; 
         //assign a dummy item at deleted position
         hashArray[hashIndex] = dummyItem; 
         return temp;
      }               
      //go to next cell
      ++hashIndex;
      //wrap around the table
      hashIndex %= size;
   }        
   return null;        
}

哈希表实现

数据项.java

package com.tutorialspoint.datastructure;

public class DataItem {
   private int key;
   private int data;

   public DataItem(int key, int data){
      this.key = key;
      this.data = data;
   }

   public int getKey(){
      return key;
   }

   public int getData(){
      return data;
   }   
}

哈希表.java

package com.tutorialspoint.datastructure;

public class HashTable {
    
   private DataItem[] hashArray;    
   private int size;
   private DataItem dummyItem;

   public HashTable(int size){
      this.size = size;
      hashArray = new DataItem[size];
      dummyItem = new DataItem(-1,-1);
   }

   public void display(){
      for(int i=0; i<size; i++) {
         if(hashArray[i] != null)
            System.out.print(" ("
               +hashArray[i].getKey()+","
               +hashArray[i].getData() + ") ");
         else
            System.out.print(" ~~ ");
      }
      System.out.println("");
   }
   
   public int hashCode(int key){
      return key % size;
   }

   public DataItem search(int key){               
      //get the hash 
      int hashIndex = hashCode(key);        
      //move in array until an empty 
      while(hashArray[hashIndex] !=null){
         if(hashArray[hashIndex].getKey() == key)
            return hashArray[hashIndex]; 
         //go to next cell
         ++hashIndex;
         //wrap around the table
         hashIndex %= size;
      }        
      return null;        
   }
  
   public void insert(DataItem item){
      int key = item.getKey();

      //get the hash 
      int hashIndex = hashCode(key);

      //move in array until an empty or deleted cell
      while(hashArray[hashIndex] !=null
         && hashArray[hashIndex].getKey() != -1){
         //go to next cell
         ++hashIndex;
         //wrap around the table
         hashIndex %= size;
      }

      hashArray[hashIndex] = item;        
   }

   public DataItem delete(DataItem item){
      int key = item.getKey();

      //get the hash 
      int hashIndex = hashCode(key);

      //move in array until an empty 
      while(hashArray[hashIndex] !=null){
         if(hashArray[hashIndex].getKey() == key){
            DataItem temp = hashArray[hashIndex]; 
            //assign a dummy item at deleted position
            hashArray[hashIndex] = dummyItem; 
            return temp;
         }                  
         //go to next cell
         ++hashIndex;
         //wrap around the table
         hashIndex %= size;
      }        
      return null;        
   }
}

演示程序

HashTableDemo.java

package com.tutorialspoint.datastructure;

public class HashTableDemo {
   public static void main(String[] args){
      HashTable hashTable = new HashTable(20);

      hashTable.insert(new DataItem(1, 20));
      hashTable.insert(new DataItem(2, 70));
      hashTable.insert(new DataItem(42, 80));
      hashTable.insert(new DataItem(4, 25));
      hashTable.insert(new DataItem(12, 44));
      hashTable.insert(new DataItem(14, 32));
      hashTable.insert(new DataItem(17, 11));
      hashTable.insert(new DataItem(13, 78));
      hashTable.insert(new DataItem(37, 97));

      hashTable.display();

      DataItem item = hashTable.search(37);

      if(item != null){
         System.out.println("Element found: "+ item.getData());
      }else{
         System.out.println("Element not found");
      }

      hashTable.delete(item);
	
      item = hashTable.search(37);

      if(item != null){
         System.out.println("Element found: "+ item.getData());
      }else{
         System.out.println("Element not found");
      }
   }
}

如果我们编译并运行上面的程序，那么它将产生以下结果 -

 ~~  (1,20)  (2,70)  (42,80)  (4,25)  ~~  ~~  ~~  ~~  ~~  ~~  ~~ (12,44)  (13,78)  (14,32)  ~~  ~~  (17,11)  (37,97)  ~~ 
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