一、散列思想

? ? ? ?通過散列函數通過?Key?值計算得出數組下標，然后利用數組支持下標隨機訪問的特性，在時間復雜度為O(1)的情況下找到所需要的信息。

??????????????散列函數Key?------------->?散列值（哈希值）（哈希函數）

二、散列函數

? ? ? ?顧名思義，其是一個函數，函數原型大概如下：

size_t?hash(key);

? ? ? ?要求，

? ? ? ?? ? ? ?1、散列值是非負整數。

? ? ? ?? ? ? ?2、若?key1?=?key2，則?hash(key1)?==?hash(key2)?。

? ? ? ?? ? ? ?3、若?key1?!=?key2，則?hash(key1)?!=?hash(key2)?。

? ? ? ?設計原則，

? ? ? ? ? ? ? 1、散列函數的設計不能太復雜，否則會消耗很多計算時間，簡介影響散列表的性能。

? ? ? ? ? ? ? 2、散列表要盡可能的隨機均勻分布。

? ? ? ?拓展，哈希算法：MD5、SHA、CRC。

三、散列沖突

? ? ? ?定義：當?key1?!=?key2?時，hash(key1)?==?hash(key2)?。

? ? ? ?解決辦法：

? ? ? ?? ? ? ?1、開放尋址法

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?定義：當出現散列沖突時，在數組中重新探測一個空閑位置，將數據插入到該位置中。

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?（1）線性探測（Linear?Probing）

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?a、沖突之后，從當前位置依次向后查找（步長為1），直到找到空閑位置將數據插入到該位置。

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?b、上述操作之后沒有發現空閑位置，則從數組的起始位置開始查找空閑位置。

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?（2）二次探測

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?與線性探測類似，唯一的不同點，線性探測探測步長為1，而二次探測的探測步長是當前步長的2次方。

? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?（3）雙重散列

??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?存在多個散列函數，當其中一個函數出現了散列沖突，則使用第2個散列函數，依次類推，直到找到不存在散列沖突位置。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?應用場景：數據量、裝載因子較小。

?? ? ? ?? ? ? ?2、鏈表法（常用）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?在散列表中每一項不再存放數據，而是存放一個鏈表的首地址，該鏈表存放與該散列值相同的數據。時間復雜度就是這些鏈表的長度，假設為k，時間復雜度為?O(k)?。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?應用場景：數據量較大，存儲對象較大，而且可使用紅黑樹代替鏈表。

四、裝載因子（load?factor）

? ? ? ?裝載因子?=?填入表中的元素個數?/?散列表的長度?。

? ? ? ?裝載因子越大，則空閑位置越少，沖突越多，散列表的性能就越低，時間復雜度最壞情況從?O(1)?降到?O(n)?。

? ? ? ?當裝載因子過大時，需要動態擴容，時間復雜度為O(n)。當裝載因子過小時，需要動態縮容，時間復雜度為O(n)。上述操作如果對于數據量較小時耗時不是很明顯，但是對于數據量很大的情況，比如1個G，那么插值的時間就很漫長，因為要將1G的數據遷移過來。所以為了避免上述情況的發生，可以將遷移數據的情況分散在之后的每一個插入數據的過程中，這樣時間復雜度就變成了O(1)。在查找的情況下，先去舊的散列表中查找，沒有發現則到新的散列表中查找，同理縮容。

五、散列表碰撞攻擊的原理

? ? ? ?對于使用鏈表法解決散列沖突的散列表，攻擊者精心制作數據，使得這些數據全部都散列到散列表同一個位置，導致散列? 表退化為鏈表，時間復雜度直接將為了O(n)。查詢的過程中直接導致CPU資源耗盡，導致服務器無法相應其他需求。

六、設計工業級散列表的要點

? ? ? ?要求：

? ? ? ? ? ? ? 1、支持快速的插入、刪除、查找操作。

? ? ? ? ? ? ? 2、內存占用合理。

? ? ? ? ? ? ? 3、性能穩定，極端情況下不會退化到無法接受的程度。

? ? ? ?設計方向：

? ? ? ? ? ? ? 1、設計合適的散列函數。

? ? ? ? ? ? ? 2、定義裝載因子并且設計動態擴容策略。

? ? ? ? ? ? ? 3、選擇合適的散列沖突的方法。

七、散列表的應用

?1、Office?Word?中拼寫檢查功能。

? ? ? ?當用戶拼寫完一個單詞之后，word會檢查該單詞是否是正確的，方法是開發人員將所有的單詞存入內存中，存儲規則是將單詞做為?Key，通過相應的散列函數，計算出散列值，然后將單詞報錯到該散列值對應的位置中。當用戶拼寫完單詞之后，直接在內存中查找是否存在該單詞，若存在說明拼寫成功，否則拼寫失敗。

2、假設有10萬條 URL 訪問日志，如何按照訪問次數給 URL 排序。

? ? ? ?遍歷10萬條數據，以 URL 為 Key ，訪問次數為 Value ，存入散列表中，時間復雜度為 O(n) ，之后通過相應的排序算法進行排序即可。

?

（SAW：Game Over！）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构与算法 / 散列表（HashTable）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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