• 数据结构刨析之哈希表

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    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。

    给定表M，存在函数f(key)，对任意给定的关键字值key，代入函数后若能得到包含该关键字的记录在表中的地址，则称表M为哈希(Hash）表，函数f(key)为哈希(Hash) 函数。

    我们先来看下 Google的上机题

    1、Google 上机题

    • 看一个实际需求， google 公司的一个上机题:
    • 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, 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，尽量节省内存，速度越快越好 => 哈希表(散列)

    2、哈希表基本介绍

    • 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。
    • 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。
    • 哈希表的核心： private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;
    • 哈希表编程思路：
      • 先根据对象的信息将其散列，得到 hashCode
      • 根据对象的 hashCode 值，找到对应的数组下标，其实就是找到存储对象的链表
      • 在链表中进行相应的增删改查操作

    3、代码实现

    3.1、Emp 节点

    //表示一个雇员
class EmpNode {
	public int id;
	public String name;
	public EmpNode next; // next 默认为 null

	public EmpNode(int id, String name) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
	}
}

    3.2、Emp 链表

    • head 是首指针（指向真正存放数据的节点），不是头指针
    //创建EmpLinkedList ,表示链表
class EmpLinkedList {
	// 首指针，指向第一个EmpNode,因此我们这个链表的head 是直接指向第一个EmpNode
	private EmpNode head; // 默认null

	// 添加雇员到链表
	// 说明
	// 1. 假定，当添加雇员时，id 是自增长，即id的分配总是从小到大
	// 因此我们将该雇员直接加入到本链表的最后即可
	public void add(EmpNode empNode) {
		// 如果是添加第一个雇员
		if (head == null) {
			head = empNode;
			return;
		}
		// 如果不是第一个雇员，则使用一个辅助的指针，帮助定位到最后
		EmpNode curEmp = head;
		while (true) {
			if (curEmp.next == null) {// 说明到链表最后
				break;
			}
			curEmp = curEmp.next; // 后移
		}
		// 退出时直接将emp 加入链表
		curEmp.next = empNode;
	}

	// 遍历链表的雇员信息
	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");
		EmpNode curEmp = head; // 辅助指针
		while (true) {
			System.out.printf(" => id=%d name=%s ", curEmp.id, curEmp.name);
			if (curEmp.next == null) {// 说明curEmp已经是最后结点
				break;
			}
			curEmp = curEmp.next; // 后移，遍历
		}
		System.out.println();
	}

	// 根据id查找雇员
	// 如果查找到，就返回Emp, 如果没有找到，就返回null
	public EmpNode findEmpById(int id) {
		// 判断链表是否为空
		if (head == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return null;
		}
		// 辅助指针
		EmpNode curEmp = head;
		while (true) {
			if (curEmp.id == id) {// 找到
				break;// 这时curEmp就指向要查找的雇员
			}
			curEmp = curEmp.next;// 后移
			// 退出
			if (curEmp == null) {// 说明遍历当前链表没有找到该雇员
				break;
			}
		}

		return curEmp;
	}

}

    3.3、Emp 哈希表

    //创建HashTab 管理多条链表
class HashTab {
	private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;
	private int size; // 表示有多少条链表

	// 构造器
	public HashTab(int size) {
		this.size = size;
		// 初始化empLinkedListArray
		empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();
		}
	}

	// 添加雇员
	public void add(EmpNode empNode) {
		// 根据员工的id ,得到该员工应当添加到哪条链表
		int empLinkedListNO = hashFun(empNode.id);
		// 将emp 添加到对应的链表中
		empLinkedListArray[empLinkedListNO].add(empNode);
	}

	// 遍历所有的链表,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);
		EmpNode empNode = empLinkedListArray[empLinkedListNO].findEmpById(id);
		if (empNode != null) {// 找到
			System.out.printf("在第%d条链表中找到 雇员 id = %d
", (empLinkedListNO + 1), id);
		} else {
			System.out.println("在哈希表中，没有找到该雇员~");
		}
	}

	// 编写散列函数, 使用一个简单取模法
	public int hashFun(int id) {
		return id % size;
	}

}

    3.4、代码测试

    • 测试代码
    public class HashTabDemo {

	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("exit: 退出系统");
			System.out.println();
			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
				EmpNode empNode = new EmpNode(id, name);
				hashTab.add(empNode);
				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 "exit":
				scanner.close();
				System.exit(0);
			default:
				break;
			}
		}

	}

}
    • 程序运行结果
    add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

add
输入id
1
输入名字
Heygo
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

add
输入id
2
输入名字
Oneby
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

add
输入id
8
输入名字
NiuNiu
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

list
第 1 链表为空
第 2 链表的信息为 => id=1 name=Heygo  => id=8 name=NiuNiu 
第 3 链表的信息为 => id=2 name=Oneby 
第 4 链表为空
第 5 链表为空
第 6 链表为空
第 7 链表为空
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

find
请输入要查找的id
1
在第2条链表中找到 雇员 id = 1
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

find
请输入要查找的id
8
在第2条链表中找到 雇员 id = 8
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

find
请输入要查找的id
9
在哈希表中，没有找到该雇员~
add:  添加雇员
list: 显示雇员
find: 查找雇员
exit: 退出系统

    3.5、课后练习

    • 实现员工的删除

    4、Emp 哈希表全部代码

    public class HashTabDemo {

	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("exit: 退出系统");
			System.out.println();
			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
				EmpNode empNode = new EmpNode(id, name);
				hashTab.add(empNode);
				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 "exit":
				scanner.close();
				System.exit(0);
			default:
				break;
			}
		}

	}

}

//创建HashTab 管理多条链表
class HashTab {
	private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;
	private int size; // 表示有多少条链表

	// 构造器
	public HashTab(int size) {
		this.size = size;
		// 初始化empLinkedListArray
		empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();
		}
	}

	// 添加雇员
	public void add(EmpNode empNode) {
		// 根据员工的id ,得到该员工应当添加到哪条链表
		int empLinkedListNO = hashFun(empNode.id);
		// 将emp 添加到对应的链表中
		empLinkedListArray[empLinkedListNO].add(empNode);

	}

	// 遍历所有的链表,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);
		EmpNode empNode = empLinkedListArray[empLinkedListNO].findEmpById(id);
		if (empNode != null) {// 找到
			System.out.printf("在第%d条链表中找到 雇员 id = %d
", (empLinkedListNO + 1), id);
		} else {
			System.out.println("在哈希表中，没有找到该雇员~");
		}
	}

	// 编写散列函数, 使用一个简单取模法
	public int hashFun(int id) {
		return id % size;
	}

}

//表示一个雇员
class EmpNode {
	public int id;
	public String name;
	public EmpNode next; // next 默认为 null

	public EmpNode(int id, String name) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
	}
}

//创建EmpLinkedList ,表示链表
class EmpLinkedList {
	// 首指针，指向第一个EmpNode,因此我们这个链表的head 是直接指向第一个EmpNode
	private EmpNode head; // 默认null

	// 添加雇员到链表
	// 说明
	// 1. 假定，当添加雇员时，id 是自增长，即id的分配总是从小到大
	// 因此我们将该雇员直接加入到本链表的最后即可
	public void add(EmpNode empNode) {
		// 如果是添加第一个雇员
		if (head == null) {
			head = empNode;
			return;
		}
		// 如果不是第一个雇员，则使用一个辅助的指针，帮助定位到最后
		EmpNode curEmp = head;
		while (true) {
			if (curEmp.next == null) {// 说明到链表最后
				break;
			}
			curEmp = curEmp.next; // 后移
		}
		// 退出时直接将emp 加入链表
		curEmp.next = empNode;
	}

	// 遍历链表的雇员信息
	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");
		EmpNode curEmp = head; // 辅助指针
		while (true) {
			System.out.printf(" => id=%d name=%s ", curEmp.id, curEmp.name);
			if (curEmp.next == null) {// 说明curEmp已经是最后结点
				break;
			}
			curEmp = curEmp.next; // 后移，遍历
		}
		System.out.println();
	}

	// 根据id查找雇员
	// 如果查找到，就返回Emp, 如果没有找到，就返回null
	public EmpNode findEmpById(int id) {
		// 判断链表是否为空
		if (head == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return null;
		}
		// 辅助指针
		EmpNode curEmp = head;
		while (true) {
			if (curEmp.id == id) {// 找到
				break;// 这时curEmp就指向要查找的雇员
			}
			curEmp = curEmp.next;// 后移
			// 退出
			if (curEmp == null) {// 说明遍历当前链表没有找到该雇员
				break;
			}
		}

		return curEmp;
	}

}
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