• hash 算法


    对于判重,我们能想到的方法有什么??

    ①bool数组

    ②set(集)

    数组与集合的优缺点:

    1.因为集合是对数组做的封装,所以,数组永远比任何一个集合要快。

    2.数组声明了它容纳的元素的类型,而集合不声明。这是由于集合以object形式来存储它们的元素。

    3.一个数组实例具有固定的大小,不能伸缩。集合则可根据需要动态改变大小。

    4.数组是一种可读/可写数据结构---没有办法创建一个只读数组。

    ③map(映射)  

    ④hash    

    因为数组,set,map的适用范围是比较小的,而且速度很慢,所以今天我们就来研究一下hash!!!

    哈希算法

    * 回忆八数码问题:判重,给定一个九位数,怎么判断有没有在前面出现过?

    * 考虑一种压缩数组的方法:如果我们想要把数组大小变为 N,那么对于一个数 X,存储在 X%N 的位置里面。

    * 这样可以完美解决空间问题。

     哈希算法 - 冲突

    * 但存在一种情况:两个数 X 计算到了同一个位置(X%N = Y%N)

    模数的确定:  取比元素个数大的质数
    * 该如何解决?

    * 第一种解决方式:顺序寻址法
    * 一直往后查询位置,直到有空为止。

    哈希算法 - 判断

    * 如何判断这个数是否在之前已经出现过了?

    * 类比插入过程,一直往后查询位置,直到出现两种情况之一。
    -1 有空位:那就没出现过
    -2 查询到一个相等的数:说明已经出现过了

    哈希算法 - 顺序寻址法 - 代码实现

    int hash_table[N]; // hash_table 哈希表:0 位置代表没有数
    void push1(int x)
    {
        int y = x % N; // 计算初始位置,N:表的大小
        for(; hash_table[y] && hash_table[y]!=x; ) y = (y+1) % N;
        // 寻找到一个 0 位置,或者找到自己为止
        if(hash_table[y]) cout << x << "␣has␣occured␣before!" << endl;
        // 如果是自己本身,则之前已经出现过了
        else
        {
            hash_table[y] = x; // 否则,将 x 加入表中
            cout << x << "␣inserted." << endl;
        }
    }

    哈希算法 - 冲突 - 解决的另一种方式
    * 但存在一种情况:两个数 X 计算到了同一个位置(X%N = Y%N)
    * 另一种解决方案:把所有数堆到一起(也就是用链表将模数相同的都连起来)

    哈希算法 - 链地址法 - 代码实现

    // 方法二:链地址法
    vector<int> hash_array[N]; // hash_array:每个位置用一个 vector 来维护
    void push2(int x) {
      int y = x % N; // 计算初始位置
      for(int i=0; i<hash_array[y].size(); i++)
      if(hash_array[y][i] == x) // 如果之前已经出现过了
      {
        cout << x << "␣has␣occured␣before!" << endl;
        return; // 标记已经出现过
      }
      // 如果之前没有出现过,将 x 加入表中
      hash_array[y].push_back(x);
      cout << x << "␣inserted." << endl;
    }

    字符串哈希

    * 十进制表示法——我需要计算出所有前缀所代表的数字。

     上图,在S[5]存的是39618,S[4]存的是3961,S[3]存的是396,S[2]存的是96,S[1]存的是6

    * 假如需要计算区间 [l,r]所代表的数字 X,有
        X = S[r] − S[l − 1] × 10r−l+1

    字符串哈希 - 联系

    * 数字和字符串有什么联系吗?我们可以把一个字符串看作是一个特殊的数字:

    * 对于字符串“ABABC”,我们定义它的哈希值 H 为:H = ”A” ∗ D^4 + ”B” ∗ D^3 + ”A” ∗ D^2 + ”B” ∗ D + ”C”

    - 其中 D 为一个规定的数。

    D在字符串全为大写或者全为小写时,范围是26~27,当字符串中既有大写又有小写时,取52

    * 那么我们可以把字符串看作是一个D 进制的数。计算方法和数字是类似的,而且对于相同字符串,得到的结果是相同的。

    字符串算法 - 代码实现

    string s; // s 为字符串
    int f[N], g[N]; // f 为前缀和,g[i] 为 D 的 i 次方
    void prehash(int n) // 预处理哈希值
    {
      // 预处理时,注意到数字可能很大,对一个数 MD 取模
      f[0] = 0; // f 前缀和预处理
      for(int i=1; i<=n; i++) f[i] = (1LL * f[i-1] * D + s[i-1]) % MD;
      g[0] = 1; // g:D 次方预处理
      for(int i=1; i<=n; i++) g[i] = 1LL * g[i-1] * D % MD;
    }
    int hash(int l, int r) // 计算区间 [l,r] 的哈希值
    {
      int a = f[r];
      int b = 1LL * f[l-1] * g[r-l+1] % MD; // 记得乘上次方
      return (a - b + MD) % MD; // 前缀和相减
    // 有可能结果小于 0,加上一个 MD 将其变为正数
    }
    if(hash(a, b) == hash(c, d)) // 字符串 [a,b] 与字符串 [c,d] 匹配

    字符串算法 - 几点注意事项

    * 哈希算法:数组长度 N 用质数,减少冲突的次数,增加效率

    * 字符串哈希:因为只是用一个小于 MD 的数来代表一个字符串,也是一种哈希;所以有可能会产生冲突(不同的字符串有相同的数),

    - 可以通过前面的方法来解决:设哈希表(但速度很慢)。
    - 解决方式:用质数来减少冲突的可能性;用几组不同的 D 与 MD

    // 哈希算法: N 使用质数
    const int N = 1000003;
    // 字符串哈希: 多用质数,不容易产生冲突
    const int D = 131; const int MD = 1e9 + 7;
    // 用几组不同的 D 与 MD
    const int D2 = 31; const int MD2 = 1e9 + 9;

    自己选的路,跪着也要走完!!!

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