Czym są Hashtable i hashmapy oraz ich typowe przypadki użycia?

Pomyśl o tym w ten sposób.

Jeśli używasz tablicy, prostej struktury danych opartej na indeksach i wypełniasz ją losowymi rzeczami, znalezienie konkretnego wpisu staje się coraz droższą operacją, gdy wypełniasz go danymi, ponieważ w zasadzie musisz zacząć szukać od jednego końca do drugiego, aż znajdziesz ten, którego chcesz.

Jeśli chcesz uzyskać szybszy dostęp do danych, typicall uciekają się do sortowania tablicy i za pomocą wyszukiwania binarnego. To jednak, przy jednoczesnym zwiększeniu szybkość wyszukiwania istniejącej wartości sprawia, że wstawianie nowych wartości jest powolne, ponieważ trzeba przesuwać istniejące elementy wokół, gdy trzeba wstawić element w środku.

Z drugiej strony, hashtable ma powiązaną funkcję, która przyjmuje wpis i redukuje go do liczby, klucza hashowego. Ta liczba jest następnie używana jako indeks do tablicy i to jest miejsce, w którym zapisujesz wpis.

Tablica hashtable obraca się wokół tablicy, która początkowo zaczyna się od pustej. Pusty nie znaczy zerowa długość, tablica zaczyna się od rozmiaru, ale wszystkie elementy w tablicy nie zawierają nic.

Każdy element ma dwie właściwości, Dane i klucz, który identyfikuje dane. Na przykład, lista kodów pocztowych USA byłaby typem skojarzenia zip-code -> name. Funkcja zmniejsza klucz, ale nie uwzględnia danych.

Więc gdy wstawisz coś do tablicy hashtable, funkcja zmniejsza klucz do liczby, która jest używana jako indeks do tej (pustej) tablicy, i tutaj przechowujesz dane, zarówno klucz, jak i Powiązane Dane.

Następnie, później, chcesz znaleźć konkretny wpis, do którego znasz klucz, więc uruchom klucz za pomocą tej samej funkcji, uzyskaj jego klucz hashowy,i przejdź do tego konkretnego miejsca w hashtable i pobiera tam dane.

Teoria głosi, że funkcja, która redukuje Twój klucz do klucza hashowego, tej liczby, jest obliczeniowo znacznie tańsza niż wyszukiwanie liniowe.

Typowy hashtable nie mają nieskończoną liczbę elementów dostępnych do przechowywania, więc liczba jest zwykle zmniejszana do indeksu, który pasuje do rozmiaru tablicy. Jednym ze sposobów na to jest po prostu pobranie modułu indeksu w porównaniu z rozmiarem tablicy. Dla tablicy o rozmiarze 10, indeks 0-9 będzie mapował bezpośrednio do indeksu, A Indeks 10-19 będzie mapował ponownie do 0-9 i tak dalej.

Niektóre klucze zostaną zredukowane do tego samego indeksu, co istniejący wpis w tabeli hashtable. W tym momencie rzeczywiste klucze są porównywane bezpośrednio, ze wszystkimi regułami związanymi z porównywaniem typów danych klucza (np. na przykład zwykłe porównanie łańcuchów). Jeśli istnieje pełne dopasowanie, albo ignorujesz nowe dane (już istnieją), albo nadpisujesz (zastępujesz stare dane dla tego klucza), albo dodajesz je (wielowartościowa hashtable). Jeśli nie ma dopasowania, co oznacza, że chociaż klucze hash były identyczne, rzeczywiste klucze nie były, zazwyczaj znajdujesz nową lokalizację do przechowywania tego klucza+danych do środka.

Rozwiązywanie kolizji ma wiele implementacji, a najprostszą z nich jest przejście do następnego pustego elementu w tablicy. To proste rozwiązanie ma jednak inne problemy, więc znalezienie odpowiedniego algorytmu rozdzielczości jest również dobrym ćwiczeniem dla hashtables.

Hashtables mogą również rosnąć, jeśli wypełniają się całkowicie (lub są blisko), i zwykle odbywa się to poprzez utworzenie nowej tablicy o nowym rozmiarze, ponowne obliczenie wszystkich indeksów i umieszczenie elementów w nowej tablicy w nowych lokalizacjach.

Funkcja redukująca klucz do liczby nie daje wartości liniowej, tj. "AAA "staje się 1, A" AaB " staje się 2, więc hashtable nie jest sortowany według żadnej typowej wartości.

Na ten temat jest również dostępny dobry artykuł w Wikipedii, tutaj .