Как бы вы реализовали хэш-таблицу в языке x?

Таблица hash структура данных, которая позволяет осуществлять поиск элементов в постоянном времени. Он работает путем хэширования значения и преобразования этого значения в смещение в массиве. Концепция таблицы hash довольно проста для понимания, но ее реализация явно сложнее. Я не вставляю сюда всю таблицу hash, но вот некоторые фрагменты таблицы hash, которую я сделал в C несколько недель назад...

Одна из основ создания таблицы hash - это наличие хорошей функции hash. Я использовал функцию djb2 hash в моей таблице hash:

int ComputeHash(char* key)
{
    int hash = 5381;
    while (*key)
    hash = ((hash << 5) + hash) + *(key++);
    return hash % hashTable.totalBuckets;
}

Затем идет сам фактический код для создания и управления ведрами в таблице

typedef struct HashTable{
    HashTable* nextEntry;
    char*      key;
    char*      value;
}HashBucket;

typedef struct HashTableEntry{
    int totalBuckets;       // Total number of buckets allocated for the hash table
    HashTable** hashBucketArray; // Pointer to array of buckets
}HashTableEntry;
HashTableEntry hashTable;

bool InitHashTable(int totalBuckets)
{
    if(totalBuckets > 0)
    {
        hashTable.totalBuckets = totalBuckets;
        hashTable.hashBucketArray = (HashTable**)malloc(totalBuckets * sizeof(HashTable));
        if(hashTable.hashBucketArray != NULL)
        {
            memset(hashTable.hashBucketArray, 0, sizeof(HashTable) * totalBuckets);
            return true;
        }
    }
    return false;
}

bool AddNode(char* key, char* value)
{
    int offset = ComputeHash(key);
    if(hashTable.hashBucketArray[offset] == NULL)
    {
        hashTable.hashBucketArray[offset] = NewNode(key, value);
        if(hashTable.hashBucketArray[offset] != NULL)
            return true;
    }

    else
    {
        if(AppendLinkedNode(hashTable.hashBucketArray[offset], key, value) != NULL)
            return true;
    }
    return false;
}

HashTable* NewNode(char* key, char* value)
{
    HashTable* tmpNode = (HashTable*)malloc(sizeof(HashTable));
    if(tmpNode != NULL)
    {
        tmpNode->nextEntry = NULL;
        tmpNode->key   = (char*)malloc(strlen(key));
        tmpNode->value = (char*)malloc(strlen(value));

        strcpy(tmpNode->key, key);
        strcpy(tmpNode->value, value);
    }
    return tmpNode;
}

AppendLinkedNode находит последний узел в связанном списке и добавляет к нему новый узел.

Код будет использоваться следующим образом:

if(InitHashTable(100) == false) return -1;
AddNode("10", "TEN");

Найти узел очень просто, так как:

HashTable* FindNode(char* key)
{
    int offset = ComputeHash(key);
    HashTable* tmpNode = hashTable.hashBucketArray[offset];
    while(tmpNode != NULL)
    {
        if(strcmp(tmpNode->key, key) == 0)
            return tmpNode;
        tmpNode = tmpNode->nextEntry;
    }
    return NULL;
}

И используется следующим образом:

char* value = FindNode("10");

A Java реализация в < 60 LoC

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;


public class HashTable {

    class KeyValuePair {

        Object key;

        Object value;

        public KeyValuePair(Object key, Object value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }
    }

    private Object[] values;

    private int capacity;

    public HashTable(int capacity) {
        values = new Object[capacity];
        this.capacity = capacity;
    }

    private int hash(Object key) {
        return Math.abs(key.hashCode()) % capacity;
    }

    public void add(Object key, Object value) throws IllegalArgumentException {

        if (key == null || value == null)
            throw new IllegalArgumentException("key or value is null");

        int index = hash(key);

        List<KeyValuePair> list;
        if (values[index] == null) {
            list = new ArrayList<KeyValuePair>();
            values[index] = list;

        } else {
            // collision
            list = (List<KeyValuePair>) values[index];
        }

        list.add(new KeyValuePair(key, value));
    }

    public Object get(Object key) {
        List<KeyValuePair> list = (List<KeyValuePair>) values[hash(key)];
        if (list == null) {
            return null;
        }
        for (KeyValuePair kvp : list) {
            if (kvp.key.equals(key)) {
                return kvp.value;
            }
        }
        return null;
    }

    /**
     * Test
     */
    public static void main(String[] args) {

        HashTable ht = new HashTable(100);

        for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
            ht.add("key" + i, "value" + i);
        }

        Random random = new Random();
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            String key = "key" + random.nextInt(1000);
            System.out.println("ht.get(\"" + key + "\") = " + ht.get(key));
        }   
    }
}

A HashTable-это действительно простая концепция: это массив, в который помещаются пары ключей и значений (как в ассоциативный массив) по следующей схеме:

Функция hash хэширует ключ к (надеюсь) неиспользуемому индексу в массиве. затем значение помещается в массив по этому конкретному индексу.

Извлечение данных легко, так как индекс в массиве может быть вычислен с помощью функции hash, таким образом, поиск вверх является ~ O(1).

Проблема возникает, когда функция hash сопоставляет 2 разных ключа к одному и тому же index...there-это много способов обработки этого, которые я здесь не буду подробно описывать...

Таблицы Hash-это фундаментальный способ быстрого хранения и извлечения данных,и они используются почти во всех библиотеках языков программирования.

Я искал полностью портативную реализацию таблицы C hash и заинтересовался тем, как реализовать ее сам. Поискав немного вокруг я нашел: Julienne Walker-это искусство хеширования , в котором есть несколько отличных учебных пособий по хешированию и таблицам hash. Реализация их немного сложнее, чем я думал, но это было отличное чтение.

Вот мой код для таблицы Hash, реализованный в Java. Страдает от незначительного сбоя-поля ключа и значения не совпадают. Возможно, в будущем это будет изменено.

public class HashTable
{
    private LinkedList[] hashArr=new LinkedList[128];
    public static int HFunc(int key)
    {
        return key%128;
    }


    public boolean Put(Val V)
    {

        int hashval = HFunc(V.getKey());
        LinkedNode ln = new LinkedNode(V,null);
        hashArr[hashval].Insert(ln);
        System.out.println("Inserted!");
        return true;            
    }

    public boolean Find(Val V)
    {
        int hashval = HFunc(V.getKey());
        if (hashArr[hashval].getInitial()!=null && hashArr[hashval].search(V)==true)
        {
            System.out.println("Found!!");
            return true;
        }
        else
        {
            System.out.println("Not Found!!");
            return false;
        }

    }
    public boolean delete(Val v)
    {
        int hashval = HFunc(v.getKey());
        if (hashArr[hashval].getInitial()!=null && hashArr[hashval].delete(v)==true)
        {
            System.out.println("Deleted!!");
            return true;
        }
        else 
        {
            System.out.println("Could not be found. How can it be deleted?");
            return false;
        }
    }

    public HashTable()
    {
        for(int i=0; i<hashArr.length;i++)
            hashArr[i]=new LinkedList();
    }

}

class Val
{
    private int key;
    private int val;
    public int getKey()
    {
        return key;
    }
    public void setKey(int k)
    {
        this.key=k;
    }
    public int getVal()
    {
        return val;
    }
    public void setVal(int v)
    {
        this.val=v;
    }
    public Val(int key,int value)
    {
        this.key=key;
        this.val=value;
    }
    public boolean equals(Val v1)
    {
        if (v1.getVal()==this.val)
        {
            //System.out.println("hello im here");
            return true;
        }
        else 
            return false;
    }
}

class LinkedNode
{
    private LinkedNode next;
    private Val obj;
    public LinkedNode(Val v,LinkedNode next)
    {
        this.obj=v;
        this.next=next;
    }
    public LinkedNode()
    {
        this.obj=null;
        this.next=null;
    }
    public Val getObj()
    {
        return this.obj;    
    }
    public void setNext(LinkedNode ln)
    {
        this.next = ln;
    }

    public LinkedNode getNext()
    {
        return this.next;
    }
    public boolean equals(LinkedNode ln1, LinkedNode ln2)
    {
        if (ln1.getObj().equals(ln2.getObj()))
        {
            return true;
        }
        else 
            return false;

    }

}

class LinkedList
{
    private LinkedNode initial;
    public LinkedList()
    {
        this.initial=null;
    }
    public LinkedList(LinkedNode initial)
    {
        this.initial = initial;
    }
    public LinkedNode getInitial()
    {
        return this.initial;
    }
    public void Insert(LinkedNode ln)
    {
        LinkedNode temp = this.initial;
        this.initial = ln;
        ln.setNext(temp);
    }
    public boolean search(Val v)
    {
        if (this.initial==null)
            return false;
        else 
        {
            LinkedNode temp = this.initial;
            while (temp!=null)
            {
                //System.out.println("encountered one!");
                if (temp.getObj().equals(v))
                    return true;
                else 
                    temp=temp.getNext();
            }
            return false;
        }

    }
    public boolean delete(Val v)
    {
        if (this.initial==null)
            return false;
        else 
        {
            LinkedNode prev = this.initial;
            if (prev.getObj().equals(v))
            {
                this.initial = null;
                return true;
            }
            else
            {
                LinkedNode temp = this.initial.getNext();
            while (temp!=null)
            {
                if (temp.getObj().equals(v))
                {
                    prev.setNext(temp.getNext());
                    return true;
                }
                else
                {
                    prev=temp;
                    temp=temp.getNext();
                }
            }
            return false;
            }
        }
    }
}

Минимальная реализация в F# как функция, которая строит таблицу hash из заданной последовательности пар ключ-значение и возвращает функцию, которая ищет в таблице hash значение, связанное с данным ключом:

> let hashtbl xs =
    let spine = [|for _ in xs -> ResizeArray()|]
    let f k = spine.[abs(k.GetHashCode()) % spine.Length]
    Seq.iter (fun (k, v) -> (f k).Add (k, v)) xs
    fun k -> Seq.pick (fun (k', v) -> if k=k' then Some v else None) (f k);;
val hashtbl : seq<'a * 'b> -> ('a -> 'b) when 'a : equality

Я думаю, вам нужно быть немного более конкретным. Существует несколько вариантов хэш-таблиц в отношении следующих параметров

• Является ли хеш-таблица фиксированным размером или динамической?
• Какой тип функции hash используется?
• Существуют ли какие-либо ограничения производительности при изменении размера хэш-таблицы?

Этот список можно продолжать и продолжать. Каждое из этих ограничений может привести к многочисленным реализациям на любом языке.

Лично я бы просто использовал встроенную хэш-таблицу, которая доступна на моем языке выбора. Единственная причина, по которой я бы даже рассматривал возможность реализации своей собственной, была бы связана с проблемами производительности, и даже тогда трудно превзойти большинство существующих реализаций.

Для тех, кто может использовать приведенный выше код, обратите внимание на утечку памяти:

tmpNode->key   = (char*)malloc(strlen(key)+1);   //must have +1 for '\0'
tmpNode->value = (char*)malloc(strlen(value)+1); //must have +1
strcpy(tmpNode->key, key);
strcpy(tmpNode->value, value);

И чтобы завершить код:

HashNode* AppendLinkedNode(HashNode* ptr, char* key, char* value)
{
    //follow pointer till end
    while (ptr->nextEntry!=NULL)
    {
        if (strcmp(ptr->value,value)==0) return NULL;
        ptr=ptr->nextEntry;
    }
    ptr->nextEntry=newNode(key,value);
    return ptr->nextEntry;
}

Я пошел и прочитал несколько страниц Википедии о хешировании: http://en.wikipedia.org/wiki/Hash_table . Кажется, что это большая работа, чтобы создать код для хэш-таблицы здесь, особенно с учетом того, что большинство языков, которые я использую, уже встроены в них. Зачем вам нужны здесь реализации? Этот материал действительно принадлежит библиотеке языков.

Пожалуйста, уточните, какие ваши ожидаемые решения должны включать в себя:

• hash функция
• переменный отсчет ведра
• поведение при столкновении

Также укажите, какова цель их сбора здесь. Любая серьезная реализация легко будет довольно полна рта = это приведет к очень длинным ответам (возможно, по несколько страниц каждый). Вы также можете соблазнить людей копировать код из библиотеки...