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  • 算法系列15天速成——第五天 五大经典查找【中】

        大家可否知道,其实查找中有一种O(1)的查找,即所谓的秒杀。

    哈希查找:

        对的,他就是哈希查找,说到哈希,大家肯定要提到哈希函数,呵呵,这东西已经在我们脑子里面形成

    固有思维了。大家一定要知道“哈希“中的对应关系。

         比如说: ”5“是一个要保存的数,然后我丢给哈希函数,哈希函数给我返回一个”2",那么此时的”5“

    和“2”就建立一种对应关系,这种关系就是所谓的“哈希关系”,在实际应用中也就形成了”2“是key,”5“是value。

        那么有的朋友就会问如何做哈希,首先做哈希必须要遵守两点原则:

              ①:  key尽可能的分散,也就是我丢一个“6”和“5”给你,你都返回一个“2”,那么这样的哈希函数不尽完美。

              ②: 哈希函数尽可能的简单,也就是说丢一个“6”给你,你哈希函数要搞1小时才能给我,这样也是不好的。

    其实常用的做哈希的手法有“五种”:

    第一种:”直接定址法“。

                      很容易理解,key=Value+C; 这个“C"是常量。Value+C其实就是一个简单的哈希函数。

    第二种:“除法取余法”。

                      很容易理解, key=value%C;解释同上。

    第三种:“数字分析法”。

                      这种蛮有意思,比如有一组value1=112233,value2=112633,value3=119033,

                      针对这样的数我们分析数中间两个数比较波动,其他数不变。那么我们取key的值就可以是

                      key1=22,key2=26,key3=90。 

    第四种:“平方取中法”。此处忽略,见名识意。

    第五种:“折叠法”。

                     这种蛮有意思,比如value=135790,要求key是2位数的散列值。那么我们将value变为13+57+90=160,

                     然后去掉高位“1”,此时key=60,哈哈,这就是他们的哈希关系,这样做的目的就是key与每一位value都相

                     关,来做到“散列地址”尽可能分散的目地。

    正所谓常在河边走,哪有不湿鞋。哈希也一样,你哈希函数设计的再好,搞不好哪一次就撞楼了,那么抛给我们的问题

    就是如果来解决“散列地址“的冲突。

    其实解决冲突常用的手法也就2种:

    第一种: “开放地址法“。

                     所谓”开放地址“,其实就是数组中未使用的地址。也就是说,在发生冲突的地方,后到的那个元素(可采用两种方式

                     :①线性探测,②函数探测)向数组后寻找"开放地址“然后把自己插进入。

    第二种:”链接法“。

                    这个大家暂时不懂也没关系,我就先介绍一下原理,就是在每个元素上放一个”指针域“,在发生冲突的地方,后到的那

                   个元素将自己的数据域抛给冲突中的元素,此时冲突的地方就形成了一个链表。

    上面啰嗦了那么多,也就是想让大家在”设计哈希“和”解决冲突“这两个方面提一点参考和手段。

    那么下面就上代码了,

         设计函数采用:”除法取余法“。

         冲突方面采用:”开放地址线性探测法"。

     1 using System;
    2 using System.Collections.Generic;
    3 using System.Linq;
    4 using System.Text;
    5
    6 namespace HashSearch
    7 {
    8 class Program
    9 {
    10 //“除法取余法”
    11 static int hashLength = 13;
    12
    13 //原数据
    14 static List<int> list = new List<int>() { 13, 29, 27, 28, 26, 30, 38 };
    15
    16 //哈希表长度
    17 static int[] hash = new int[hashLength];
    18
    19 static void Main(string[] args)
    20 {
    21 //创建hash
    22 for (int i = 0; i < list.Count; i++)
    23 {
    24 InsertHash(hash, hashLength, list[i]);
    25 }
    26
    27 Console.WriteLine("Hash数据:" + string.Join(",", hash));
    28
    29 while (true)
    30 {
    31 Console.WriteLine("\n请输入要查找数字:");
    32 int result = int.Parse(Console.ReadLine());
    33 var index = SearchHash(hash, hashLength, result);
    34
    35 if (index != -1)
    36 Console.WriteLine("数字" + result + "在索引的位置是:" + index);
    37 else
    38 Console.WriteLine("呜呜," + result + " 在hash中没有找到!");
    39
    40 }
    41 }
    42
    43 ///<summary>
    44 /// Hash表检索数据
    45 ///</summary>
    46 ///<param name="dic"></param>
    47 ///<param name="hashLength"></param>
    48 ///<param name="key"></param>
    49 ///<returns></returns>
    50 static int SearchHash(int[] hash, int hashLength, int key)
    51 {
    52 //哈希函数
    53 int hashAddress = key % hashLength;
    54
    55 //指定hashAdrress对应值存在但不是关键值,则用开放寻址法解决
    56 while (hash[hashAddress] != 0 && hash[hashAddress] != key)
    57 {
    58 hashAddress = (++hashAddress) % hashLength;
    59 }
    60
    61 //查找到了开放单元,表示查找失败
    62 if (hash[hashAddress] == 0)
    63 return -1;
    64 return hashAddress;
    65
    66 }
    67
    68 ///<summary>
    69 ///数据插入Hash表
    70 ///</summary>
    71 ///<param name="dic">哈希表</param>
    72 ///<param name="hashLength"></param>
    73 ///<param name="data"></param>
    74 static void InsertHash(int[] hash, int hashLength, int data)
    75 {
    76 //哈希函数
    77 int hashAddress = data % 13;
    78
    79 //如果key存在,则说明已经被别人占用,此时必须解决冲突
    80 while (hash[hashAddress] != 0)
    81 {
    82 //用开放寻址法找到
    83 hashAddress = (++hashAddress) % hashLength;
    84 }
    85
    86 //将data存入字典中
    87 hash[hashAddress] = data;
    88 }
    89 }
    90 }

    结果:

    索引查找:

         一提到“索引”,估计大家第一反应就是“数据库索引”,对的,其实主键建立“索引”,就是方便我们在海量数据中查找。

    关于“索引”的知识,估计大家都比我清楚,我就简单介绍下。

    我们自己写算法来实现索引查找时常使用的三个术语:

    第一:主表,      这个很简单,要查找的对象。

    第二:索引项,   一般我们会用函数将一个主表划分成几个子表,每个子表建立一个索引,这个索引叫做索引项。

    第三:索引表,    索引项的集合也就是索引表。

    一般“索引项”包含三种内容:index,start,length

    第一: index,也就是索引指向主表的关键字。

    第二:start, 也就是index在主表中的位置。

    第三:length, 也就是子表的区间长度。

      1 using System;
    2 using System.Collections.Generic;
    3 using System.Linq;
    4 using System.Text;
    5
    6 namespace IndexSearchProgram
    7 {
    8 class Program
    9 {
    10 ///<summary>
    11 /// 索引项实体
    12 ///</summary>
    13 class IndexItem
    14 {
    15 //对应主表的值
    16 public int index;
    17 //主表记录区间段的开始位置
    18 public int start;
    19 //主表记录区间段的长度
    20 public int length;
    21 }
    22
    23 static void Main(string[] args)
    24 {
    25 Console.WriteLine("原数据为:" + string.Join(",", students));
    26
    27
    28 int value = 205;
    29
    30 Console.WriteLine("\n插入数据" + value);
    31
    32 //将205插入集合中,过索引
    33 var index = insert(value);
    34
    35 //如果插入成功,获取205元素所在的位置
    36 if (index == 1)
    37 {
    38 Console.WriteLine("\n插入后数据:" + string.Join(",", students));
    39 Console.WriteLine("\n数据元素:205在数组中的位置为 " + indexSearch(205) + "");
    40 }
    41
    42 Console.ReadLine();
    43 }
    44
    45 ///<summary>
    46 /// 学生主表
    47 ///</summary>
    48 static int[] students = {
    49 101,102,103,104,105,0,0,0,0,0,
    50 201,202,203,204,0,0,0,0,0,0,
    51 301,302,303,0,0,0,0,0,0,0
    52 };
    53 ///<summary>
    54 ///学生索引表
    55 ///</summary>
    56 static IndexItem[] indexItem = {
    57 new IndexItem(){ index=1, start=0, length=5},
    58 new IndexItem(){ index=2, start=10, length=4},
    59 new IndexItem(){ index=3, start=20, length=3},
    60 };
    61
    62 ///<summary>
    63 /// 查找数据
    64 ///</summary>
    65 ///<param name="key"></param>
    66 ///<returns></returns>
    67 public static int indexSearch(int key)
    68 {
    69 IndexItem item = null;
    70
    71 // 建立索引规则
    72 var index = key / 100;
    73
    74 //首先去索引找
    75 for (int i = 0; i < indexItem.Count(); i++)
    76 {
    77 if (indexItem[i].index == index)
    78 {
    79 item = new IndexItem() { start = indexItem[i].start, length = indexItem[i].length };
    80 break;
    81 }
    82 }
    83
    84 //如果item为null,则说明在索引中查找失败
    85 if (item == null)
    86 return -1;
    87
    88 for (int i = item.start; i < item.start + item.length; i++)
    89 {
    90 if (students[i] == key)
    91 {
    92 return i;
    93 }
    94 }
    95 return -1;
    96 }
    97
    98 ///<summary>
    99 /// 插入数据
    100 ///</summary>
    101 ///<param name="key"></param>
    102 ///<returns></returns>
    103 public static int insert(int key)
    104 {
    105 IndexItem item = null;
    106 //建立索引规则
    107 var index = key / 100;
    108 int i = 0;
    109 for (i = 0; i < indexItem.Count(); i++)
    110 {
    111 //获取到了索引
    112 if (indexItem[i].index == index)
    113 {
    114 item = new IndexItem()
    115 {
    116 start = indexItem[i].start,
    117 length = indexItem[i].length
    118 };
    119 break;
    120 }
    121 }
    122 if (item == null)
    123 return -1;
    124 //更新主表
    125 students[item.start + item.length] = key;
    126 //更新索引表
    127 indexItem[i].length++;
    128 return 1;
    129 }
    130 }
    131 }

    结果:

    ps: 哈希查找时间复杂度O(1)。

           索引查找时间复杂度:就拿上面的Demo来说是等于O(n/3)+O(length)

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