[数据结构与算法]数据结构——哈希表（散列表）

一，哈希表（散列表）概念

大话数据结构里面是这样介绍的：

散列表，又称为哈希表（Hash table），采用散列技术将记录存储在一块连续的存储空间中。

在散列表中，我们通过某个函数f，使得存储位置 = f（关键字），这样我们可以不需要比较关键字就
可获得需要的记录的存储位置。

散列技术的记录之间不存在什么逻辑关系，它只与关键字有关联。因此，散列主要是面向查找的存储结构。

其实哈希表就是将数据以他的特征信息为标准，存在一块空间中，当我们要查询某数据时，我们就可以通过该数据的特征信息快速锁定到该数据的位置，从而大大的提高了数据的查询速度。

如下所示，就是一个简单的哈希表

如果我们要找计算机网络这本书，我们可以知道他是计算机类的，所以我们可以直接通过他的特征信息，计算机类
直接找到计算机网络这本书。

二，哈希（散列）函数的构造

哈希（散列）函数的构造原则

1、计算简单
散列函数的计算时间不应该超过其他查找技术与关键字比较的时间。

2、散列地址分布均匀
解决冲突最好的办法就是尽量让散列地址均匀地分布在存储空间中。

保证存储空间的有效利用，并减少为处理冲突而耗费的时间。

构造方法

平方取中法

假设关键字是1234，那么它的平方就是1522756.在抽取中间的3位就是227，用作散列地址。再比如关键字4321，那么它的平方就是18671041，抽中间三位数就是671或710。平方去中法比较适合不知道关键字的分布，而位数又不是很多的情况。

折叠法

折叠法是将关键字从左到右分割成位数相等的几部分（注意最后一部分位数不够时可以短一些），然后将这几部分叠加求和，并按散列表表长，取几位作为散列表地址。
比如我们的关键字是9 8 7 6 5 4 3 2 1 0，散列表表长为3位，我们将它分为四组，
987|654|321|0，然后将他们叠加求和987+654+321+0=1962，再求后3位得到散列地址为962。
有时可能这还不能够保证分布均匀，不妨从一端向另一端来回折叠后对齐相加。比如我们将987和321反转，再与654和0相加，变成789+654+123+0=1566，此时散列地址为566。
折叠法事先不需要知道关键字的分布，适合关键字位数较多的情况。
3## 除留余数法
此方法为最常用的构造散列函数的方法。
公式为

f(key)=key mod p (p<=m)

保留余数法

mod是取模的意思（求余数）
这个很常用，所以就用代码实现一下

//哈希函数
int Hash(int key, int TableSize)
{
	return key % TableSize;
}

三，冲突

冲突就是，两个不同的关键字，但是通过散列函数得出来的地址是一样的。
key1 ≠ key2，但是f（key1）= f（key2）

同义词
此时的key1 和key2就被称为这个散列函数的同义词

那可不行啊，一件单人间怎么可以住两个人呢？

别担心，这个问题自然已经被神通广大的大佬们解决了。

处理散列冲突的方法

开放定址法

开发定址法就是一旦发生了冲突，就去寻找下一个空的散列地址，只需要散列表足够大，空的散列地址总能找到，并将记录存入

例子：
19 01 23 14 55 68 11 86 37
要存储在表长11的数组中，其中H（key）=key MOD 11

1.线性探测法

公式

f1(key) = (f(key)+d1) MOD m(di=1,2,3,....,m-1)

我们取di等于1

2.二次探测法

增加平方运算的目的是为了不让关键字都聚再某一块区域，我们称这种方法为二次探测法
公式：

f1(key) = (f(key)+d1) MOD m(di=1^2,-1^2,2^2,-2^2,...,q^2,-q^2,q<=m/2)

3.随机探测法

在冲突时，对于位移量di采用随机函数计算得到，我们称之为随机探测法
公式

f1(key) = (f(key)+d1) MOD m(di是一个随机数列)

具体方法和上面一样
就不多赘述了

再散列函数法

对于我们的散列表来说，我们事先需要准备多个散列函数

f(key)=RHi(key) (i=1,2...,3)

这里的RHi就是不同的散列函数，每当发生冲突时，就换一个散列函数进行计算，总有一个函数可以将冲突解决

公共溢出区法

在原先基础表的基础上再添加一个溢出表
当发生冲突时，就将该数据放到溢出表中
在查找时，对给定值通过散列函数计算出散列地址后，先与基本表的相应位置进行对比，如果相等就查找成功，如果不相等，则到溢出表进行顺序查找

链地址法

就时用链表将发生冲突的数据链起来，在查找时，只需要遍历链表即可
如下图

此方法也是我们最长用处理哈希冲突的方法

四，代码实现

1.哈希函数

//哈希函数
int Hash(int key, int TableSize)
{
	return key % TableSize;
}

2.链表和哈希表的创建

#define DEFAULT_SIZE 16
typedef int type;
//结点
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	int key;  //线索
	type* data; //数据
}ListNode;
//提高可读性
typedef ListNode* List;
typedef ListNode* Element;
//哈希表
typedef struct HashTable
{
	int TableSize;
	List* Thelists;
}HashTable;

3.哈希表初始化

HashTable* InitHash(int TableSize)
{
	int i = 0;
	HashTable* htable = NULL;
	if (TableSize <= 0)
	{
		TableSize = DEFAULT_SIZE;
	}
	htable = (HashTable*)malloc(sizeof(HashTable));
	if (htable == NULL)
	{
		printf("初始化失败\n");
		return NULL;
	}
	//为桶分配内存空间，其为一个指针数组
	htable->Thelists = (List*)malloc(sizeof(List) * TableSize);
	if (htable->Thelists == NULL)
	{
		printf("初始化失败\n");
		free(htable);
		return NULL;
	}
	//为Hash桶对应的指针数组初始化链表结点
	for (i = 0; i < TableSize; i++)
	{
		htable->Thelists[i] = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
		if (htable->Thelists[i] == NULL)
		{
			printf("初始化失败\n");
			free(htable->Thelists);
			free(htable);
			return NULL;
		}
	}
}

3.从哈希表中根据key查找元素

Element Find(HashTable* HashTable, int key)
{
	int i = 0;
	List L = NULL;
	Element e = NULL;
	i = Hash(key, HashTable->TableSize);
	L = HashTable->Thelists[i];
	e = L->next;
	while (e != NULL && e->key != key)
		e = e->next;
	return e;
}

4.哈希表插入元素

void Insert(HashTable* HashTable, int key, type* value)
{
	Element e = NULL, temp = NULL;
	List L = NULL;
	e = Find(HashTable, key);
	if (e == NULL)
	{
		temp = (Element)malloc(sizeof(ListNode));
		if (temp == NULL)
		{
			printf("malloc error\n");
			return;
		}
		L = HashTable->Thelists[Hash(key, HashTable->TableSize)];
		temp->data = value;
		temp->key = key;
		L->next = temp;
	}
	else
		printf("the key already exist\n");
}

5.元素删除

void Delete(HashTable* HashTable, int key)
{
	Element e = NULL, last = NULL;
	List L = NULL;
	int i = Hash(key, HashTable->TableSize);
	L = HashTable->Thelists[i];
	last = L;
	e = L->next;
	while (e != NULL && e->key != key)
	{
		last = e;
		e = e->next;
	}
	if (e)
	{
		last->next = e->next;
		free(e); 
	}
	else
	{
		printf("该元素不存在\n");
	}
}

6.哈希表销毁

void Destory(HashTable* HashTable)
{
	int i = 0;
	List L = NULL;
	Element cur = NULL, next = NULL;
	for (i = 0; i < HashTable->TableSize; i++)
	{
		L = HashTable->Thelists[i];
		cur = L->next;
		while (cur->next != NULL)
		{
			next = cur->next;
			free(cur);
			cur = next;
		}
	}