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第九章查找數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)9.1查找的基本概念9.2基于線性表的查找法9.3基于樹(shù)的查找法9.4散列表的查找—哈希法主要內(nèi)容列表:由同一類型的數(shù)據(jù)元素(或記錄)構(gòu)成的集合,可利用任意數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵碼:可以標(biāo)識(shí)一個(gè)記錄的某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。鍵值:關(guān)鍵碼的值。主關(guān)鍵碼:可以唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)記錄的關(guān)鍵碼。次關(guān)鍵碼:不能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)記錄的關(guān)鍵碼。50女李爽000525女齊梅000447女劉楠000325男張亮000238男王剛0001年齡性別姓名職工號(hào)1972年9月2003年7月1979年9月2003年7月1990年4月參加工作基本概念查找:在具有相同類型的記錄構(gòu)成的集合中找出滿足給定條件的記錄。查找的結(jié)果:若在查找集合中找到了與給定值相匹配的記錄,則稱查找成功;否則,稱查找失敗。50女李爽000525女齊梅000447女劉楠000325男張亮000238男王剛0001年齡性別姓名職工號(hào)1972年9月2003年7月1979年9月2003年7月1990年4月參加工作基本概念靜態(tài)查找:不涉及插入和刪除操作的查找。動(dòng)態(tài)查找:涉及插入和刪除操作的查找。
靜態(tài)查找適用于:查找集合一經(jīng)生成,便只對(duì)其進(jìn)行查找,而不進(jìn)行插入和刪除操作,或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的查找之后,集中地進(jìn)行插入和刪除等修改操作。動(dòng)態(tài)查找適用于:查找與插入和刪除操作在同一個(gè)階段進(jìn)行,例如當(dāng)查找成功時(shí),要?jiǎng)h除查找到的記錄,當(dāng)查找不成功時(shí),要插入被查找的記錄。基本概念線性表:適用于靜態(tài)查找,主要采用順序查找技術(shù)、折半查找技術(shù)。樹(shù)
表:適用于動(dòng)態(tài)查找,主要采用二叉排序樹(shù)的查找技術(shù)。散列表:靜態(tài)查找和動(dòng)態(tài)查找均適用,主要采用散列技術(shù)。結(jié)構(gòu)線性表樹(shù)表散列表基本概念查找算法時(shí)間性能通過(guò)關(guān)鍵碼的比較次數(shù)來(lái)度量。關(guān)鍵碼的比較次數(shù)與哪些因素有關(guān)呢?⑴算法;⑵問(wèn)題規(guī)模;⑶待查關(guān)鍵碼在查找集合中的位置;查找算法的時(shí)間復(fù)雜度是問(wèn)題規(guī)模n
和待查關(guān)鍵碼在查找集合中的位置k
的函數(shù),記為T(mén)(n,k)。同一查找集合、同一查找算法,關(guān)鍵碼的比較次數(shù)與哪些因素有關(guān)呢?基本概念平均查找長(zhǎng)度:將查找算法進(jìn)行的關(guān)鍵碼的比較次數(shù)的數(shù)學(xué)期望值定義為平均查找長(zhǎng)度。計(jì)算公式為:
其中:n
:?jiǎn)栴}規(guī)模,查找集合中的記錄個(gè)數(shù);
pi
:查找第i個(gè)記錄的概率;
ci
:查找第i個(gè)記錄所需的關(guān)鍵碼的比較次數(shù)。結(jié)論:ci取決于算法;pi與算法無(wú)關(guān),取決于具體應(yīng)用。如果pi是已知的,則平均查找長(zhǎng)度只是問(wèn)題規(guī)模的函數(shù)。查找算法的性能ASL?==niiicp1基本思想:從線性表的一端向另一端逐個(gè)將關(guān)鍵碼與給定值進(jìn)行比較,若相等,則查找成功,給出該記錄在表中的位置;若整個(gè)表檢測(cè)完仍未找到與給定值相等的關(guān)鍵碼,則查找失敗,給出失敗信息。
101524612354098550123456789i例:查找key=35iii
靜態(tài)查找表——順序表的查找以順序表或線性鏈表表示靜態(tài)查找表typedefstruct{keyTypekey;//關(guān)鍵字域
……//其它屬性域}ElemType;typedefstruct{ElemType*elem;intlength;}SSTable;intSearch(SSTableST,KeyTypekey){for(i=ST.length;i>0&&ST.elem[i].key!=key;--i);returni;}
順序查找法(線性查找)基本思想:設(shè)置“哨兵”。哨兵就是所要查找的值,將它放在查找方向的盡頭處,免去了在查找過(guò)程中每一次比較后都要判斷查找位置是否越界,從而提高查找速度。
101524612354098550123456789i例:查找k=35iii哨兵35查找方向
改進(jìn)的順序查找法intSearch(SSTableST,KeyTypekey){ST.elem[0].key=key;for(i=ST.length;ST.elem[i].key!=key;--i);returni;}
改進(jìn)的順序查找法
列表長(zhǎng)度為n,查找第i個(gè)數(shù)據(jù)元素時(shí)需進(jìn)行n-i+1次比較,即ci=n-i+1。又假設(shè)查找每個(gè)數(shù)據(jù)元素的概率相等,即pi=1/n。
平均查找長(zhǎng)度較大,特別是當(dāng)待查找集合中元素較多時(shí),查找效率較低。順序查找的缺點(diǎn):算法簡(jiǎn)單而且使用面廣。對(duì)表中記錄的存儲(chǔ)沒(méi)有任何要求,順序存儲(chǔ)和鏈接存儲(chǔ)均可;對(duì)表中記錄的有序性也沒(méi)有要求,無(wú)論記錄是否按關(guān)鍵碼有序均可。順序查找的優(yōu)點(diǎn):
順序查找法的優(yōu)缺點(diǎn)使用條件:
在有序表中,取中間元素作為比較對(duì)象,1、若給定值與中間記錄的關(guān)鍵字相等,則查找成功;2、若給定值小于中間記錄的關(guān)鍵字,則在中間記錄的左半?yún)^(qū)繼續(xù)查找;3、若給定值大于中間記錄的關(guān)鍵字,則在中間記錄的右半?yún)^(qū)繼續(xù)查找。不斷重復(fù)上述過(guò)程,直到查找成功,或所查找的區(qū)域無(wú)記錄(low>high),查找失敗。
有序表的查找——折半查找
線性表中的記錄必須按關(guān)鍵字有序;必須采用順序存儲(chǔ)?;舅枷耄豪翰檎抑禐?4的記錄的過(guò)程:012345678910111213
7141821232931353842464952low=1high=13mid=7
high=6mid=3
high=2
mid=1
31>1418>147<14low=2mid=2
14=14例:查找值為22的記錄的過(guò)程:012345678910111213
7141821232931353842464952low=1high=13mid=7
high=6mid=3
high=4
mid=5
31>2218<2223>22low=4mid=4
21<22low=5low>highintSearch_Bin(SSTableST,KeyTypekey){low=1;high=ST.length;while(low<=high){mid=(low+high)/2;if(key==ST.elem[mid].key)returnmid;elseif(key<ST.elem[mid].key)high=mid-1;elselow=mid+1;}return0;}
折半查找的算法折半查找成功時(shí)的平均查找長(zhǎng)度為:ASLbs=i=1nPiCi=n1j=1nj×2j-1=nn+1log2(n+1)-1優(yōu)點(diǎn):
比較次數(shù)少,查找速度快,平均性能好。缺點(diǎn):
要求待查的表為有序表。
折半查找的性能分析動(dòng)態(tài)查找表:結(jié)構(gòu)本身是在查找過(guò)程中動(dòng)態(tài)生成的,即對(duì)于給定值key,若表中存在其關(guān)鍵字等于key的記錄,則查找成功返回,否則插入關(guān)鍵字等于key的記錄。動(dòng)態(tài)查找表二叉排序樹(shù)平衡二叉樹(shù)B樹(shù)
動(dòng)態(tài)查找表二叉排序樹(shù)(二叉查找樹(shù)):或者是一棵空的二叉樹(shù),或者是具有下列性質(zhì)的二叉樹(shù):⑴若它的左子樹(shù)不空,則左子樹(shù)上所有結(jié)點(diǎn)的值均小于根結(jié)點(diǎn)的值;⑵若它的右子樹(shù)不空,則右子樹(shù)上所有結(jié)點(diǎn)的值均大于根結(jié)點(diǎn)的值;⑶它的左右子樹(shù)也都是二叉排序樹(shù)。二叉排序樹(shù)的定義采用的是遞歸方法。
二叉排序樹(shù)二叉排序樹(shù)非二叉排序樹(shù)6390554258104567837063605582581045678370中序遍歷二叉排序樹(shù)可以得到一個(gè)關(guān)鍵碼有序序列。
二叉排序樹(shù)typedefstructBiTNode{TElemTypedata;structBiTNode*lchild,*rchild;}BiTNode,*BiTree;
二叉排序樹(shù)—存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)通常,取二叉鏈表作為二叉排序樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。在二叉排序樹(shù)中查找給定值的過(guò)程是:⑴若二叉排序樹(shù)是空樹(shù),則查找失敗;(2)若給定值等于根結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字,則查找成功;(3)若給定值小于根結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字,則繼續(xù)在左子樹(shù)上進(jìn)行查找;(4)若給定值大于根結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字,則繼續(xù)在右子樹(shù)上進(jìn)行查找。
二叉排序樹(shù)的查找50308020908540358832例如:二叉排序樹(shù)查找關(guān)鍵字==50,505035,503040355090,50809095,BitTreeSearchBST(BiTreeT,KeyTypekey){
if((!T)||(key==T->data.key))return(T);
else
if(key<T->data.key
)return(SearchBST(T->lchild,key));
elsereturn(SearchBST(T->rchild,key));}二叉排序樹(shù)的查找二叉排序樹(shù)的查找性能分析由序列{3,1,2,5,4}得到二叉排序樹(shù):由序列{1,2,3,4,5}得到二叉排序樹(shù):ASL=(1+2+3+4+5)/5=3ASL=(1+2+3+2+3)/5=2.21234531254二叉排序樹(shù)的查找性能分析由此可見(jiàn),在二叉排序樹(shù)上進(jìn)行查找時(shí)的平均查找長(zhǎng)度和二叉排序樹(shù)的形態(tài)有關(guān)。最壞情況:二叉排序樹(shù)是通過(guò)把一個(gè)有序表的n個(gè)結(jié)點(diǎn)一次插入生成的,由此得到的二叉排序樹(shù)為一顆深度為n的單支樹(shù),它的平均查找長(zhǎng)度和單鏈表上的順序查找相同,也是(n+1)/2。最好情況:二叉排序樹(shù)在生成過(guò)程中,樹(shù)的形態(tài)比較均勻,即樹(shù)中各結(jié)點(diǎn)的左右子樹(shù)的深度差距不大的樹(shù),此時(shí)他的平均查找長(zhǎng)度大約是log2n。1、若二叉排序樹(shù)是空樹(shù),結(jié)點(diǎn)s成為二叉排序樹(shù)的根;2、若二叉樹(shù)排序樹(shù)非空,則將s的關(guān)鍵字值key與二叉樹(shù)排序樹(shù)的根進(jìn)行比較,①如果s的值等于根結(jié)點(diǎn)的值,則停止插入;②如果s的值小于根結(jié)點(diǎn)的值,則將s插入左子樹(shù);③如果s的值大于根結(jié)點(diǎn)的值,則將s插入右子樹(shù)。插入一個(gè)關(guān)鍵字值為key的結(jié)點(diǎn)s,插入的方法:
二叉排序樹(shù)的插入6355905870985563root∧9058∧∧70∧∧98∧∧sroot∧
二叉排序樹(shù)的插入
給定一個(gè)元素序列,可以利用插入算法創(chuàng)建一棵二叉排序樹(shù)。將二叉排序樹(shù)初始化為一棵空樹(shù),然后逐個(gè)讀入元素,每讀入一個(gè)元素,就建立一個(gè)新的結(jié)點(diǎn)插入到當(dāng)前已生成的二叉排序樹(shù)中,即調(diào)用上述二叉排序樹(shù)的插入算法將新結(jié)點(diǎn)插入。直到所有結(jié)點(diǎn)插入完成,二叉排序樹(shù)就構(gòu)造完成了。分析:若二叉排序樹(shù)為空樹(shù),則新插入的結(jié)點(diǎn)為新的根結(jié)點(diǎn);否則,新插入的結(jié)點(diǎn)必為一個(gè)新的葉子結(jié)點(diǎn),其插入位置由查找過(guò)程得到。
二叉排序樹(shù)的構(gòu)造從空的二叉排序樹(shù)開(kāi)始,依次插入一個(gè)個(gè)結(jié)點(diǎn)。例:關(guān)鍵碼集合為
{63,90,70,55,58}7.3樹(shù)表的查找技術(shù)6355905870
二叉排序樹(shù)的構(gòu)造1、關(guān)鍵字的輸入順序?yàn)椋?5,24,53,12,28,90,構(gòu)造二叉排序樹(shù)4524531228902、關(guān)鍵字的輸入順序?yàn)椋?4,53,
90,
12,
28,
45
,構(gòu)造二叉排序樹(shù)241228539045結(jié)論:對(duì)同樣一組數(shù)據(jù)元素,如果輸入的順序不同,則所建的二叉樹(shù)形態(tài)也不同。一個(gè)無(wú)序序列可以通過(guò)構(gòu)造一棵二叉排序樹(shù)而變成一個(gè)有序序列;每次插入的新結(jié)點(diǎn)都是二叉排序樹(shù)上新的葉子結(jié)點(diǎn);找到插入位置后,不必移動(dòng)其它結(jié)點(diǎn),僅需修改某個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針;在左子樹(shù)/右子樹(shù)的查找過(guò)程與在整棵樹(shù)上查找過(guò)程相同;新插入的結(jié)點(diǎn)沒(méi)有破壞原有結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。小結(jié):
二叉排序樹(shù)的構(gòu)造二叉排序樹(shù)的刪除
在二叉排序樹(shù)上刪除某個(gè)結(jié)點(diǎn)之后,仍然保持二叉排序樹(shù)的特性。分三種情況討論:被刪除的結(jié)點(diǎn)是葉子;被刪除的結(jié)點(diǎn)只有左子樹(shù)或者只有右子樹(shù);被刪除的結(jié)點(diǎn)既有左子樹(shù),也有右子樹(shù)。
二叉排序樹(shù)的刪除1.若結(jié)點(diǎn)p是葉子,則直接刪除結(jié)點(diǎn)p;2.若p結(jié)點(diǎn)只有左子樹(shù),或只有右子樹(shù),則因?yàn)樵摻Y(jié)點(diǎn)只有左子樹(shù)或只有右子樹(shù),也就是說(shuō),其后繼只有一個(gè)分支。刪除該結(jié)點(diǎn)時(shí),只要將被刪除結(jié)點(diǎn)的唯一后繼(左子樹(shù)或右子樹(shù))直接鏈接到被刪除結(jié)點(diǎn)的位置即可。3.若結(jié)點(diǎn)p的左右子樹(shù)均不空:首先找到p結(jié)點(diǎn)在中序序列中的直接前驅(qū)s結(jié)點(diǎn),然后用s結(jié)點(diǎn)的值,替代p結(jié)點(diǎn)的值,再將s結(jié)點(diǎn)刪除,因?yàn)閟的右指針一定為空,所以只要把s的左孩子鏈接到s結(jié)點(diǎn)本身的位置即可。
二叉排序樹(shù)的刪除50308020403590858832(2)被刪除的結(jié)點(diǎn)只有左子樹(shù)或者只有右子樹(shù)
其雙親結(jié)點(diǎn)的相應(yīng)指針域的值改為“指向被刪除結(jié)點(diǎn)的左子樹(shù)或右子樹(shù)”。被刪關(guān)鍵字=3580503080209085883532(3)被刪除的結(jié)點(diǎn)既有左子樹(shù),也有右子樹(shù)4040以其前驅(qū)替代之,然后再刪除該前驅(qū)結(jié)點(diǎn)被刪關(guān)鍵字=50StatusDeleteBST(BiTree&T,KeyTypekey){if(!T)returnFALSE;else{if(key==T->data.key){Delete(T);returnTRUE;} elseif(key<T->data.key)DeleteBST(T->lchild,key);elseDeleteBST(T->rchild,key);}}平衡二叉樹(shù):或者是一棵空的二叉排序樹(shù),或者是具有下列性質(zhì)的二叉排序樹(shù):⑴根結(jié)點(diǎn)的左子樹(shù)和右子樹(shù)的深度最多相差1;⑵根結(jié)點(diǎn)的左子樹(shù)和右子樹(shù)也都是平衡二叉樹(shù)。平衡因子:結(jié)點(diǎn)的平衡因子是該結(jié)點(diǎn)的左子樹(shù)的深度與右子樹(shù)的深度之差。在平衡二叉樹(shù)中,結(jié)點(diǎn)的平衡因子可以是1,0,-1。
平衡二叉樹(shù)548254821
平衡樹(shù)非平衡樹(shù)在平衡樹(shù)中,結(jié)點(diǎn)的平衡因子可以是1,0,-1。結(jié)點(diǎn)的平衡因子=HL-HR
平衡二叉樹(shù)最小不平衡子樹(shù):
在平衡二叉樹(shù)的構(gòu)造過(guò)程中,以距離插入結(jié)點(diǎn)最近的、且平衡因子絕對(duì)值大于1的祖先結(jié)點(diǎn)為根的子樹(shù)。542814
最小不平衡子樹(shù)
在構(gòu)造二叉排序樹(shù)的過(guò)程中,每插入一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí),首先檢查是否因插入新結(jié)點(diǎn)而破壞了樹(shù)的平衡性,若是,則找出最小不平衡子樹(shù),在保持二叉排序樹(shù)特性的前提下,調(diào)整最小不平衡子樹(shù)中各結(jié)點(diǎn)之間的鏈接關(guān)系,進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn),使之成為新的平衡子樹(shù)。
平衡二叉樹(shù)構(gòu)造【基本思想】
設(shè)結(jié)點(diǎn)A為最小不平衡子樹(shù)的根結(jié)點(diǎn),則失去平衡后進(jìn)行調(diào)整的規(guī)律可歸納為下列四種情況:
1.LL型:由于在A的左子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)B的左子樹(shù)上插入結(jié)點(diǎn),A的平衡因子由1變?yōu)?。
2.RR型:由于在A的右子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)B的右子樹(shù)上插入結(jié)點(diǎn),A的平衡因子由-1變?yōu)?2。
3.LR型:由于在A的左子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)B的右子樹(shù)上插入結(jié)點(diǎn),A的平衡因子由1變?yōu)?。
4.RL型:由于在A的右子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)B的左子樹(shù)上插入結(jié)點(diǎn),A的平衡因子由1變?yōu)?。
平衡二叉樹(shù)的調(diào)整插入前插入后、調(diào)整前順時(shí)針平衡二叉樹(shù)——LL型A1BLhBRh0ARhBh2BLhBRh1ARABXh+1BLhARBRh00BAX
以B為軸,對(duì)A做了一次順時(shí)針旋轉(zhuǎn),即將A改為B的右孩子,B原來(lái)的右孩子改為A的左孩子61→2例:LL型
108791291012876平衡二叉樹(shù)——RR型插入前插入后,調(diào)整前逆時(shí)針A-1BLhBRh0ALhBXA-2BLhBRh-1ALhBBALhBLh0BRh+1AX0
以B為軸,對(duì)A做了一次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),即將A改為B的左孩子,B原來(lái)的左孩子改為A的右孩子插入后,調(diào)整前先逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)A2CLh-1BLh-1ARhBCCRh-1XXACLh-1CBCRh-1ARhBLhARhCACRh-1BCLh-1X0-10BLh平衡二叉樹(shù)——LR型1、將B改為其右子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)C的左孩子,而C原來(lái)的左孩子改為B的右孩子,相當(dāng)于以C為軸,對(duì)B作了一次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);
2、將A改為C的右孩子,C原來(lái)的右孩子改為A的左孩子,相當(dāng)于以C為軸,對(duì)A進(jìn)行了一次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。插入后,調(diào)整前先順時(shí)針旋轉(zhuǎn)再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)XACLh-1BRhCBCRh-1ALhA-2CLh-1BRh1ALhBCCRh-1XBRhCBCRh-1AALhCLh-1X001平衡二叉樹(shù)——RL型1、將B改為其左子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)C的右孩子,而C原來(lái)的右孩子改為B的左孩子,相當(dāng)于以C為軸,對(duì)B作了一次順時(shí)針旋轉(zhuǎn);
2、將A改為C的左孩子,C原來(lái)的左孩子改為A的右孩子,相當(dāng)于以C為軸,對(duì)A進(jìn)行了一次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。課堂練習(xí):設(shè)有關(guān)鍵碼序列{5,4,2,8,6,9},構(gòu)造平衡樹(shù)542LL型42586864256842585642課堂練習(xí):設(shè)有關(guān)鍵碼序列{5,4,2,8,6,9},構(gòu)造平衡樹(shù)RL型旋轉(zhuǎn)1次RL型旋轉(zhuǎn)2次856429RR型846529課堂練習(xí):設(shè)有關(guān)鍵碼序列{5,4,2,8,6,9},構(gòu)造平衡樹(shù)例:設(shè)序列{20,35,40,15,30,25},構(gòu)造平衡樹(shù)。203540352040153025352040153025202515354030354030202515例:設(shè)序列{20,35,40,15,30,25},構(gòu)造平衡樹(shù)。(1)查找應(yīng)插位置,同時(shí)記錄離插入位置最近的可能失衡結(jié)點(diǎn)A(A的平衡因子不等于0)。(2)插入新結(jié)點(diǎn)S,并修改從A到S路徑上各結(jié)點(diǎn)的平衡因子。(3)根據(jù)A、B的平衡因子,判斷是否失衡以及失衡類型,并做相應(yīng)處理。
平衡二叉樹(shù)的調(diào)整
綜上所述,在一個(gè)平衡二叉排序樹(shù)上插入一個(gè)新結(jié)點(diǎn)S時(shí),主要包括以下三步:查找操作要完成什么任務(wù)?待查值k確定k在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中的位置
散列表的查找—哈希表若以下標(biāo)為000~999的順序表表示之。例如:為每年招收的1000名新生建立一張查找表,其關(guān)鍵字為學(xué)號(hào),其值的范圍為xx000~xx999(前兩位為年份)。
則查找過(guò)程可以簡(jiǎn)單進(jìn)行:取給定值(學(xué)號(hào))的后三位,不需要經(jīng)過(guò)比較便可直接從順序表中找到待查關(guān)鍵字。哈希法:又稱散列法、雜湊法以及關(guān)鍵字地址計(jì)算法等,相應(yīng)的表稱為哈希表。哈希法的基本思想:首先在元素的關(guān)鍵字k和元素的存儲(chǔ)位置p之間建立一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系H,使得p=H(k),H稱為哈希函數(shù)。創(chuàng)建哈希表時(shí),把關(guān)鍵字為k的元素直接存入地址為H(k)的單元;以后當(dāng)查找關(guān)鍵字為k的元素時(shí),再利用哈希函數(shù)計(jì)算出該元素的存儲(chǔ)位置p=H(k),從而達(dá)到按關(guān)鍵字直接存取元素的目的。
散列表的查找—哈希表設(shè)計(jì)哈希函數(shù)一般應(yīng)遵循以下原則:⑴計(jì)算簡(jiǎn)單。哈希函數(shù)不應(yīng)該有很大的計(jì)算量,否則會(huì)降低查找效率。⑵函數(shù)值即哈希地址分布均勻。函數(shù)值要盡量均勻散布在地址空間,這樣才能保證存儲(chǔ)空間的有效利用并減少?zèng)_突。沖突:對(duì)于兩個(gè)不同關(guān)鍵碼ki≠kj,有H(ki)=H(kj),即兩個(gè)不同的記錄需要存放在同一個(gè)存儲(chǔ)位置,ki和kj相對(duì)于f稱做同義詞。
哈希函數(shù)的構(gòu)造【直接定址法】散列函數(shù)是關(guān)鍵碼的線性函數(shù),即:H(key)=a
key+b(a,b為常數(shù))例:關(guān)鍵碼集合為{10,30,50,70,80,90},選取的散列函數(shù)為H(key)=key/10,則散列表為:0123456789103050708090適用情況?事先知道關(guān)鍵碼,關(guān)鍵碼集合不是很大且連續(xù)性較好。
哈希函數(shù)的構(gòu)造方法H(key)=keymodp
關(guān)鍵碼如何選取合適的p,產(chǎn)生較少?zèng)_突?例:p=21=3×7【除留余數(shù)法】
哈希函數(shù)的構(gòu)造方法(一)p的選擇:一般情況下,選p為小于或等于表長(zhǎng)(最好接近表長(zhǎng))的最小素?cái)?shù)或不包含小于20質(zhì)因子的合數(shù)。除留余數(shù)法是一種最簡(jiǎn)單、也是最常用的構(gòu)造散列函數(shù)的方法,并且不要求事先知道關(guān)鍵碼的分布。適用情況?【除留余數(shù)法】
哈希函數(shù)的構(gòu)造方法(一)除了1和它本身以外,不能再被別的整數(shù)整除的數(shù)稱作素?cái)?shù);除了1和它本身以外,還能被別的整數(shù)整除,這種數(shù)就叫合數(shù)。
根據(jù)關(guān)鍵碼在各個(gè)位上的分布情況,選取分布比較均勻的若干位組成哈希地址。例:關(guān)鍵碼為8位十進(jìn)制數(shù),散列地址為2位十進(jìn)制數(shù)81346
5
3
281372
2
4281387
4
2281301
3
6781322
8
1781338
9
67①②③④⑤⑥⑦⑧【數(shù)字分析法】
哈希函數(shù)的構(gòu)造方法(二)適用情況:能夠預(yù)先估計(jì)出全部關(guān)鍵碼的每一位上各種數(shù)字出現(xiàn)的頻度,不同的關(guān)鍵碼集合需要重新分析。
當(dāng)無(wú)法確定關(guān)鍵字中哪幾位分布較均勻時(shí),可以先求出關(guān)鍵字的平方值,然后按需要取平方值的中間幾位作為哈希地址。
事先不知道關(guān)鍵碼的分布且關(guān)鍵碼的位數(shù)不是很大。適用情況:例:散列地址為2位,則關(guān)鍵碼123的散列地址為:(1234)2=1522756【平方取中法】
哈希函數(shù)的構(gòu)造方法(三)
這種方法是按哈希表地址位數(shù)將關(guān)鍵字分成位數(shù)相等的幾部分(最后一部分可以較短),然后將這幾部分相加,舍棄最高進(jìn)位后的結(jié)果就是該關(guān)鍵字的哈希地址。具體方法有折疊法與移位法。例:設(shè)關(guān)鍵碼為25346358705,散列地址為三位。
253463587
+05───1308
移位疊加
253364587+50───1254
折疊疊加適用情況:關(guān)鍵碼位數(shù)很多,事先不知道關(guān)鍵碼的分布?!痉侄委B加法】
哈希函數(shù)的構(gòu)造方法(四)基本思想:
當(dāng)關(guān)鍵字key的哈希地址p=H(key)出現(xiàn)沖突時(shí),以p為基礎(chǔ),產(chǎn)生另一個(gè)哈希地址p1,如果p1仍然沖突,再以p為基礎(chǔ),產(chǎn)生另一個(gè)哈希地址p2,…,直到找出一個(gè)不沖突的哈希地址pi,將相應(yīng)元素存入其中。
函數(shù)形式:Hi=(H(key)+di)%m
i=1,2,…,n;其中H(key)為哈希函數(shù),m為表長(zhǎng),di稱為增量序列。增量序列的取值方式不同,相應(yīng)的再散列方式也不同。主要有三種方法:線性探測(cè)再散列、二次探測(cè)再散列、偽隨機(jī)探測(cè)再散列。
哈希函數(shù)的沖突處理1、開(kāi)放定址法(再散列法)線性探測(cè)再散列:di=1,2,3,…,m-1,其特點(diǎn)是:沖突發(fā)生時(shí),順序查看表中下一單元,直到找出一個(gè)空單元或查遍全表。二次探測(cè)再散列:di=12,-12,22,-22,…,k2,-k2(k<=m/2),其特點(diǎn)是:沖突發(fā)生時(shí),在表的左右進(jìn)行跳躍式探測(cè),比較靈活。偽隨機(jī)探測(cè)再散列:di=偽隨機(jī)數(shù)序列。具體實(shí)現(xiàn)時(shí),應(yīng)建立一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,(如i=(i+p)%m),并給定一個(gè)隨機(jī)數(shù)做起點(diǎn)。
哈希函數(shù)的沖突處理例:關(guān)鍵碼集合為{47,7,29,11,16,92,22,8,3},散列表表長(zhǎng)為11,散列函數(shù)為H(key)=keymod11012345678947729111692292222883333線性探測(cè)再散列:di=1,2,3,…,m-1二次探測(cè)再散列:di=12,-12,22,-22,…01234567894772911169229222288333例如:關(guān)鍵字集合
{19,01,23,14,55,68,11,82,36}設(shè)定哈希函數(shù)H(key)=keyMOD11(表長(zhǎng)=11)1901231455681901231468若采用線性探測(cè)再散列處理沖突若采用二次探測(cè)再散列處理沖突1182
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