【数据结构(八)】哈希表

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1. 基本概念

先看一个实际需求：

google 公司的一个上机题：
????有一个公司，当有新的员工来报道时，要求将该员工的信息加入(id,性别,年龄,住址…)，当输入该员工的 id 时，要求查找到该员工的 所有信息。要求：不使用数据库，尽量节省内存，速度越快越好-->哈希表(散列)

1.1. 哈希表基本介绍

????散列表（Hash table，也叫哈希表），是根据关键码-值(Key、value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码-值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。

2. 实例应用

问题：
????有一个公司，当有新的员工来报道时，要求将该员工的信息加入(id,性别,年龄,名字,住址…)，当输入该员工的 id 时，要求查找到该员工的 所有信息。

要求：
????①不使用数据库，速度越快越好–>哈希表(散列)
????②添加时，保证按照 id 从低到高插入 （课后思考：如果 id 不是从低到高插入，但要求各条链表仍是从低到高，怎么解决?）
????③使用链表来实现哈希表，该链表不带表头（即: 链表的第一个结点就存放雇员信息）

2.1. 思路分析

2.2. 代码实现

2.2.1. 实现添加、显示功能

package hashtable;

import java.util.Scanner;

public class HashTabDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建哈希表
        HashTab hashTab = new HashTab(7);

        // 写一个简单菜单
        String key = "";
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        while (true) {
            System.out.println("add：添加雇员");
            System.out.println("list：显示雇员");
            System.out.println("exit：退出系统");

            key = scanner.next();
            switch (key) {
                case "add":
                    System.out.println("输入id");
                    int id = scanner.nextInt();
                    System.out.println("输入名字");
                    String name = scanner.next();
                    // 创建雇员
                    Emp emp = new Emp(id, name);
                    hashTab.add(emp);
                    break;
                case "list":
                    hashTab.list();
                    break;
                case "exit":
                    scanner.close();
                    System.exit(0);
                default:
                    break;
            }

        }
    }

}

// 创建 HashTable 管理多条链表
class HashTab {
    private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;
    private int size;// 表示有多少条链表

    // 构造器
    public HashTab(int size) {

        this.size = size;
        // 初始化empLinkedListArray
        empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
        // ？留一个坑:这时不要忘了分别初始化每个链表
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();
        }
    }

    // 添加雇员
    public void add(Emp emp) {
        // 根据员工的id，得到该员工应当添加到哪条链表
        int empLinkedListNo = hashFun(emp.id);
        // 将emp添加到对应的链表中
        empLinkedListArray[empLinkedListNo].add(emp);

    }

    // 遍历所有的链表
    public void list() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            empLinkedListArray[i].list(i);
        }
    }

    // 编写散列函数，使用一个简单取模法
    public int hashFun(int id) {
        return id % size;
    }
}

// 表示一个雇员
class Emp {

    public int id;
    public String name;
    public Emp next;// 默认为空

    public Emp(int id, String name) {
        super();
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

// 创建 EmpLinkedList, 表示链表
class EmpLinkedList {
    // 头指针，指向第一个Emp，因此我们这个链表的head是直接指向第一个Emp
    private Emp head;// 默认null

    // 添加雇员到链表
    // 说明
    // 1. 假定，当添加雇员是，id 是自增长的，即 id 的分配总是从小到大
    // 因此将该雇员直接加入到本链表的最后即可
    public void add(Emp emp) {

        // 如果是添加第一个雇员
        if (head == null) {
            head = emp;
            return;
        }

        // 如果不是第一个雇员，则使用一个辅助指针，帮助定位到最后
        Emp curEmp = head;
        while (true) {
            if (curEmp.next == null) {// 说明到链表的最后
                break;
            }
            curEmp = curEmp.next;// 后移
        }
        // 退出时，直接将 emp 加入链表
        curEmp.next = emp;
    }

    // 遍历链表的雇员信息
    public void list(int no) {
        if (head == null) {// 说明链表为空
            System.out.println("第 " + (no + 1) + " 链表为空");
            return;
        }
        System.out.print("第 " + (no + 1) + " 链表的信息为：");
        Emp curEmp = head;// 辅助指针
        while (true) {
            System.out.printf(" => id=%d name=%s\t", curEmp.id, curEmp.name);
            if (curEmp.next == null) {// 说明curEmp已经是最后节点
                break;
            }
            curEmp = curEmp.next;// 后移，遍历
        }
        System.out.println();
    }
}

运行结果：

2.2.2. 实现查找功能

代码实现：

package hashtable;

import java.util.Scanner;

public class HashTabDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建哈希表
        HashTab hashTab = new HashTab(7);

        // 写一个简单菜单
        String key = "";
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        while (true) {
            System.out.println("add：添加雇员");
            System.out.println("list：显示雇员");
            System.out.println("find：查找雇员");
            System.out.println("exit：退出系统");

            key = scanner.next();
            switch (key) {
                case "add":
                    System.out.println("输入id");
                    int id = scanner.nextInt();
                    System.out.println("输入名字");
                    String name = scanner.next();
                    // 创建雇员
                    Emp emp = new Emp(id, name);
                    hashTab.add(emp);
                    break;
                case "list":
                    hashTab.list();
                    break;
                case "find":
                    System.out.println("请输入要查找的id");
                    id = scanner.nextInt();
                    hashTab.findEmpById(id);
                    break;
                case "exit":
                    scanner.close();
                    System.exit(0);
                default:
                    break;
            }

        }
    }

}

// 创建 HashTable 管理多条链表
class HashTab {
    private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;
    private int size;// 表示有多少条链表

    // 构造器
    public HashTab(int size) {

        this.size = size;
        // 初始化empLinkedListArray
        empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
        // ？留一个坑:这时不要忘了分别初始化每个链表
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();
        }
    }

    // 添加雇员
    public void add(Emp emp) {
        // 根据员工的id，得到该员工应当添加到哪条链表
        int empLinkedListNo = hashFun(emp.id);
        // 将emp添加到对应的链表中
        empLinkedListArray[empLinkedListNo].add(emp);

    }

    // 遍历所有的链表
    public void list() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            empLinkedListArray[i].list(i);
        }
    }

    // 根据输入的id查找雇员
    public void findEmpById(int id) {
        int empLinkedListNo = hashFun(id);
        Emp emp = empLinkedListArray[empLinkedListNo].findEmpById(id);

        if (emp != null) {// 找到
            System.out.printf("在第 %d 条链表中找到 雇员id = %d\n", (empLinkedListNo + 1), id);

        } else {
            System.out.println("在哈希表中，没有找到该雇员");
        }
    }

    // 编写散列函数，使用一个简单取模法
    public int hashFun(int id) {
        return id % size;
    }
}

// 表示一个雇员
class Emp {

    public int id;
    public String name;
    public Emp next;// 默认为空

    public Emp(int id, String name) {
        super();
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

// 创建 EmpLinkedList, 表示链表
class EmpLinkedList {
    // 头指针，指向第一个Emp，因此我们这个链表的head是直接指向第一个Emp
    private Emp head;// 默认null

    // 添加雇员到链表
    // 说明
    // 1. 假定，当添加雇员是，id 是自增长的，即 id 的分配总是从小到大
    // 因此将该雇员直接加入到本链表的最后即可
    public void add(Emp emp) {

        // 如果是添加第一个雇员
        if (head == null) {
            head = emp;
            return;
        }

        // 如果不是第一个雇员，则使用一个辅助指针，帮助定位到最后
        Emp curEmp = head;
        while (true) {
            if (curEmp.next == null) {// 说明到链表的最后
                break;
            }
            curEmp = curEmp.next;// 后移
        }
        // 退出时，直接将 emp 加入链表
        curEmp.next = emp;
    }

    // 遍历链表的雇员信息
    public void list(int no) {
        if (head == null) {// 说明链表为空
            System.out.println("第 " + (no + 1) + " 链表为空");
            return;
        }
        System.out.print("第 " + (no + 1) + " 链表的信息为：");
        Emp curEmp = head;// 辅助指针
        while (true) {
            System.out.printf(" => id=%d name=%s\t", curEmp.id, curEmp.name);
            if (curEmp.next == null) {// 说明curEmp已经是最后节点
                break;
            }
            curEmp = curEmp.next;// 后移，遍历
        }
        System.out.println();
    }

    // 根据 id 查找雇员
    public Emp findEmpById(int id) {
        // 判断链表是否为空
        if (head == null) {
            System.out.println("链表空");
            return null;
        }
        // 辅助指针
        Emp curEmp = head;
        while (true) {
            if (curEmp.id == id) {// 找到
                break;// 这时curEmp就指向要查找的雇员
            }
            // 退出
            if (curEmp.next == null) {// 说明遍历当前链表没有找到该雇员
                curEmp = null;
                break;
            }
            curEmp = curEmp.next;// 后移
        }

        return curEmp;
    }
}

运行结果：