diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_collision_chaining.png b/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_collision_chaining.png deleted file mode 100644 index 6653bfa12..000000000 Binary files a/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_collision_chaining.png and /dev/null differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_collision_linear_probing.png b/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_collision_linear_probing.png deleted file mode 100644 index 31263aabe..000000000 Binary files a/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_collision_linear_probing.png and /dev/null differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_table_chaining.png b/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_table_chaining.png new file mode 100644 index 000000000..4b0cdf46e Binary files /dev/null and b/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_table_chaining.png differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_table_linear_probing.png b/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_table_linear_probing.png new file mode 100644 index 000000000..80f78dec1 Binary files /dev/null and b/docs/chapter_hashing/hash_collision.assets/hash_table_linear_probing.png differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_collision.md b/docs/chapter_hashing/hash_collision.md index 6963b113e..bd2fdf559 100644 --- a/docs/chapter_hashing/hash_collision.md +++ b/docs/chapter_hashing/hash_collision.md @@ -2,16 +2,14 @@ 在理想情况下,哈希函数为每个输入生成唯一的输出,实现 key 和数组索引的一一对应。但实际上,**哈希函数的输入空间通常远大于输出空间**,因此多个输入产生相同输出的情况是不可避免的。例如,输入空间为全体整数,输出空间为数组容量大小,则必然有多个整数映射至同一数组索引。 -这种多个输入对应同一输出索引的现象被称为「哈希冲突 Hash Collision」。哈希冲突会导致查询结果错误,严重影响哈希表的可用性。哈希冲突的解决方法主要有两种: +这种多个输入对应同一输出索引的现象被称为「哈希冲突 Hash Collision」。哈希冲突会导致查询结果错误,严重影响哈希表的可用性。哈希冲突的处理方法主要有两种: - **扩大哈希表容量**:哈希表容量越大,键值对聚集的概率就越低。极端情况下,当输入空间和输出空间大小相等时,哈希表等同于数组,每个 key 都对应唯一的数组索引。 -- **优化哈希表结构**:常用方法包括链式地址和开放寻址。 +- **优化哈希表结构**:常用方法包括链式地址和开放寻址。这类方法的思路是通过改良数据结构,使得哈希表可以在发生哈希冲突时仍然可以正常工作。当然,这些优化往往是以牺牲时间效率为代价的。 ## 哈希表扩容 -哈希函数的最后一步通常是对桶数量 $n$ 取余,作用是将哈希值映射到桶索引范围,从而将 key 放入对应的桶中。当哈希表容量越大(即 $n$ 越大)时,多个 key 被分配到同一个桶中的概率就越低,冲突就越少。 - -因此,**当哈希表内的冲突总体较为严重时,编程语言通常通过扩容哈希表来缓解冲突**。类似于数组扩容,哈希表扩容需将所有键值对从原哈希表迁移至新哈希表,开销较大。 +哈希函数的最后一步通常是对桶数量 $n$ 取余,作用是将哈希值映射到桶索引范围,从而将 key 放入对应的桶中。当哈希表容量越大(即 $n$ 越大)时,多个 key 被分配到同一个桶中的概率就越低,冲突就越少。因此,**当哈希表内的冲突总体较为严重时,编程语言通常通过扩容哈希表来缓解冲突**。类似于数组扩容,哈希表扩容需将所有键值对从原哈希表迁移至新哈希表,开销较大。 编程语言通常使用「负载因子 Load Factor」来衡量哈希冲突的严重程度,**定义为哈希表中元素数量除以桶数量**,常作为哈希表扩容的触发条件。在 Java 中,当负载因子超过 $0.75$ 时,系统会将 HashMap 容量扩展为原先的 $2$ 倍。 @@ -19,7 +17,7 @@ 在原始哈希表中,每个桶仅能存储一个键值对。「链式地址 Separate Chaining」将单个元素转换为链表,将键值对作为链表节点,将所有发生冲突的键值对都存储在同一链表中。 -![链式地址哈希表](hash_collision.assets/hash_collision_chaining.png) +![链式地址哈希表](hash_collision.assets/hash_table_chaining.png) 链式地址下,哈希表的操作方法包括: @@ -27,7 +25,7 @@ - **添加元素**:先通过哈希函数访问链表头节点,然后将节点(即键值对)添加到链表中。 - **删除元素**:根据哈希函数的结果访问链表头部,接着遍历链表以查找目标节点,并将其删除。 -尽管链式地址法解决了哈希冲突问题,但仍存在一些局限性,包括: +该方法存在一些局限性,包括: - **占用空间增大**,由于链表或二叉树包含节点指针,相比数组更加耗费内存空间; - **查询效率降低**,因为需要线性遍历链表来查找对应元素; @@ -131,16 +129,16 @@ ## 开放寻址 -「开放寻址 Open Addressing」不引入额外的数据结构,而是通过“多次探测”来解决哈希冲突,探测方式主要包括线性探测、平方探测、多次哈希。 +「开放寻址 Open Addressing」不引入额外的数据结构,而是通过“多次探测”来处理哈希冲突,探测方式主要包括线性探测、平方探测、多次哈希。 ### 线性探测 -线性探测采用固定步长的线性查找来解决哈希冲突。 +线性探测采用固定步长的线性查找来进行探测,对应的哈希表操作方法为: - **插入元素**:通过哈希函数计算数组索引,若发现桶内已有元素,则从冲突位置向后线性遍历(步长通常为 $1$ ),直至找到空位,将元素插入其中。 - **查找元素**:若发现哈希冲突,则使用相同步长向后线性遍历,直到找到对应元素,返回 value 即可;或者若遇到空位,说明目标键值对不在哈希表中,返回 $\text{None}$ 。 -![线性探测](hash_collision.assets/hash_collision_linear_probing.png) +![线性探测](hash_collision.assets/hash_table_linear_probing.png) 然而,线性探测存在以下缺陷: diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_collision.png b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_collision.png index 2d5d91e1d..ac2aa60c9 100644 Binary files a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_collision.png and b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_collision.png differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_function.png b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_function.png index 18e0f0110..dbe54a25d 100644 Binary files a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_function.png and b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_function.png differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_map.png b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_map.png deleted file mode 100644 index 124dacd3a..000000000 Binary files a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_map.png and /dev/null differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_table_lookup.png b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_table_lookup.png new file mode 100644 index 000000000..c234da571 Binary files /dev/null and b/docs/chapter_hashing/hash_map.assets/hash_table_lookup.png differ diff --git a/docs/chapter_hashing/hash_map.md b/docs/chapter_hashing/hash_map.md index d2dc3e3c4..670cb6999 100755 --- a/docs/chapter_hashing/hash_map.md +++ b/docs/chapter_hashing/hash_map.md @@ -1,10 +1,10 @@ # 哈希表 -哈希表通过建立「键 key」与「值 value」之间的映射,实现高效的元素查询。具体而言,我们向哈希表输入一个 key,则可以在 $O(1)$ 时间内获取对应的 value 。 +「哈希表 Hash Table」通过建立键 `key` 与值 `value` 之间的映射,实现高效的元素查询。具体而言,我们向哈希表输入一个 `key` ,则可以在 $O(1)$ 时间内获取对应的 `value` 。 以一个包含 $n$ 个学生的数据库为例,每个学生都有“姓名 `name`”和“学号 `id`”两项数据。假如我们希望实现查询功能,例如“输入一个学号,返回对应的姓名”,则可以采用哈希表来实现。 -![哈希表的抽象表示](hash_map.assets/hash_map.png) +![哈希表的抽象表示](hash_map.assets/hash_table_lookup.png) 除哈希表外,我们还可以使用数组或链表实现元素查询,其中: @@ -12,8 +12,6 @@ - 添加元素仅需添加至尾部即可,使用 $O(1)$ 时间; - 删除元素需要先查询再删除,使用 $O(n)$ 时间; -然而,在哈希表中进行增删查的时间复杂度都是 $O(1)$ 。哈希表全面胜出!因此,哈希表常用于对查找效率要求较高的场景。 -