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hello-algo/zh-hant/codes/python/chapter_hashing/hash_map_open_addressing.py

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8 months ago
"""
File: hash_map_open_addressing.py
Created Time: 2023-06-13
Author: krahets (krahets@163.com)
"""
import sys
from pathlib import Path
sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
from chapter_hashing.array_hash_map import Pair
class HashMapOpenAddressing:
"""開放定址雜湊表"""
def __init__(self):
"""建構子"""
self.size = 0 # 鍵值對數量
self.capacity = 4 # 雜湊表容量
self.load_thres = 2.0 / 3.0 # 觸發擴容的負載因子閾值
self.extend_ratio = 2 # 擴容倍數
self.buckets: list[Pair | None] = [None] * self.capacity # 桶陣列
self.TOMBSTONE = Pair(-1, "-1") # 刪除標記
def hash_func(self, key: int) -> int:
"""雜湊函式"""
return key % self.capacity
def load_factor(self) -> float:
"""負載因子"""
return self.size / self.capacity
def find_bucket(self, key: int) -> int:
"""搜尋 key 對應的桶索引"""
index = self.hash_func(key)
first_tombstone = -1
# 線性探查,當遇到空桶時跳出
while self.buckets[index] is not None:
# 若遇到 key ,返回對應的桶索引
if self.buckets[index].key == key:
# 若之前遇到了刪除標記,則將鍵值對移動至該索引處
if first_tombstone != -1:
self.buckets[first_tombstone] = self.buckets[index]
self.buckets[index] = self.TOMBSTONE
return first_tombstone # 返回移動後的桶索引
return index # 返回桶索引
# 記錄遇到的首個刪除標記
if first_tombstone == -1 and self.buckets[index] is self.TOMBSTONE:
first_tombstone = index
# 計算桶索引,越過尾部則返回頭部
index = (index + 1) % self.capacity
# 若 key 不存在,則返回新增點的索引
return index if first_tombstone == -1 else first_tombstone
def get(self, key: int) -> str:
"""查詢操作"""
# 搜尋 key 對應的桶索引
index = self.find_bucket(key)
# 若找到鍵值對,則返回對應 val
if self.buckets[index] not in [None, self.TOMBSTONE]:
return self.buckets[index].val
# 若鍵值對不存在,則返回 None
return None
def put(self, key: int, val: str):
"""新增操作"""
# 當負載因子超過閾值時,執行擴容
if self.load_factor() > self.load_thres:
self.extend()
# 搜尋 key 對應的桶索引
index = self.find_bucket(key)
# 若找到鍵值對,則覆蓋 val 並返回
if self.buckets[index] not in [None, self.TOMBSTONE]:
self.buckets[index].val = val
return
# 若鍵值對不存在,則新增該鍵值對
self.buckets[index] = Pair(key, val)
self.size += 1
def remove(self, key: int):
"""刪除操作"""
# 搜尋 key 對應的桶索引
index = self.find_bucket(key)
# 若找到鍵值對,則用刪除標記覆蓋它
if self.buckets[index] not in [None, self.TOMBSTONE]:
self.buckets[index] = self.TOMBSTONE
self.size -= 1
def extend(self):
"""擴容雜湊表"""
# 暫存原雜湊表
buckets_tmp = self.buckets
# 初始化擴容後的新雜湊表
self.capacity *= self.extend_ratio
self.buckets = [None] * self.capacity
self.size = 0
# 將鍵值對從原雜湊表搬運至新雜湊表
for pair in buckets_tmp:
if pair not in [None, self.TOMBSTONE]:
self.put(pair.key, pair.val)
def print(self):
"""列印雜湊表"""
for pair in self.buckets:
if pair is None:
print("None")
elif pair is self.TOMBSTONE:
print("TOMBSTONE")
else:
print(pair.key, "->", pair.val)
"""Driver Code"""
if __name__ == "__main__":
# 初始化雜湊表
hashmap = HashMapOpenAddressing()
# 新增操作
# 在雜湊表中新增鍵值對 (key, val)
hashmap.put(12836, "小哈")
hashmap.put(15937, "小囉")
hashmap.put(16750, "小算")
hashmap.put(13276, "小法")
hashmap.put(10583, "小鴨")
print("\n新增完成後,雜湊表為\nKey -> Value")
hashmap.print()
# 查詢操作
# 向雜湊表中輸入鍵 key ,得到值 val
name = hashmap.get(13276)
print("\n輸入學號 13276 ,查詢到姓名 " + name)
# 刪除操作
# 在雜湊表中刪除鍵值對 (key, val)
hashmap.remove(16750)
print("\n刪除 16750 後,雜湊表為\nKey -> Value")
hashmap.print()