散列表之直接寻址表

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  • 直接寻址表的定义
  • 直接寻址表的操作
  • 直接寻址表的代码实现
    • dataNode的定义
    • 直接寻址表的定义
    • 测试文件
    • 编译运行
  • 总结

注意:

本文中的所有代码你可以在这里：

https://github.com/qeesung/algorithm/tree/master/chapter11/11-1/directAddr(这里的会及时更新)

或者这里：

http://download.csdn.net/detail/ii1245712564/8793509

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散列表之直接寻址表

散列表是实现字典操作的一个有效的数据结构，尽管在最坏情况下，散列表的查找和删除的最坏时间代价为Θ(n),但是在实际中，散列表的性能是很好的，在一些合理的假设下，散列表的查找和删除操作的平均时间代价为Θ(1),下面将要介绍的就是诸多散列表中的最简单直接的一种:直接散列表。

在讲直接寻址表之前,先来看个栗子:假设现在有十个排成一排带锁的箱子，每一个箱子都有一把钥匙，将所有的钥匙从[1-10]编号，现在随便给你其中的一把钥匙keyi，要你找到要是对应的箱子。一个一个试么？正常的小伙伴肯定是通过钥匙的编号i找到第i个箱子就行啦。

在许多的编程语言里面都用到了这种直接通过key找到数据的思想，最简单的就是数组啦，数组是可以直接访问的，通过数组的起始地址加上一个偏移量得到目标数据的存储地址。这种方法是很快的，可以在Θ(1)时间内完成。直接寻址表就借助了数组这种可以直接访问的优势。

直接寻址表的定义

假设有一个数据集合U={d1,d2,d3,...,dn},该数据集合里面的每一个元素di都有一个对应的键值keyi和数据datai。集合中的任意一个keyi都是在[0,m]之间的整数。新建一个数组A[0..m],遍历一遍集合U,将其中的数据di放到A[keyi]中。

直接寻址表的操作

直接寻址表的基本操作有:

  • INSERT:插入一个元素
  • DELETE:删除一个元素
  • SEARCH:查找一个元素

问题:要是集合U的元素键值并不唯一，即keyi和keyj(i≠j)有可能相等，那么在相等的情况下该怎么办呢？

回答:采用链表的形式将相同键值的元素串成一串，全都挂在A[keyi]的后面，比如键值1重复：

直接寻址表的代码实现

首先看一下有那些文件

├── dataNode.cc 数据节点源文件
├── dataNode.h 数据节点头文件
├── directAddr.cc 直接寻址法源文件
├── directAddr.h 直接寻址法的头文件
├── directAddr_test.cc cppunit测试直接寻址源文件
├── directAddr_test.h cppunit测试设备的定义头文件
├── main.cc 测试主文件
├── Makefile
└── README.md
0 directories, 9 files

dataNode的定义

dataNode是基础的数据节点

dataNode.h

#ifndef  DATANODE_INC
#define  DATANODE_INC

#include <cstdio>

/**
 *        Class:  DataNode
 *  Description:  基本的节点
 */
template < class T >
class DataNode
{
    public:
        /** ====================  LIFECYCLE     ======================================= */
        DataNode (int key = 0 , T data=T() ,DataNode<T> * next = NULL);                             /** constructor */
        /** ====================  ACCESSORS     ======================================= */
        void set_key(int);
        int get_key() const;

        void set_data(T);
        T get_data() const;

        DataNode<T> * next;
    private:
        /** ====================  DATA MEMBERS  ======================================= */
        int key;// 对应的键值
        T data;// 对应的数据
}; /** ----------  end of template class DataNode  ---------- */

#include "dataNode.cc"
#endif   /* ----- #ifndef DATANODE_INC  ----- */

dataNode里面有两个基本数据:key和data

dataNode.cc

/**
 *       Class:  DataNode
 *      Method:  DataNode
 * Description:  构造函数
 */
template < class T >
DataNode < T >::DataNode (int _key , T _data , DataNode<T> * _next):key(_key),data(_data),next(_next)
{
}  /** ----------  end of constructor of template class DataNode  ---------- */

/**
 *       Class:  DataNode
 *      Method:  get_key
 */
template < class T >
inline  int DataNode<T>::get_key (  ) const
{
    return key;
}       /** -----  end of method DataNode<T>::get_key  ----- */

/**
 *       Class:  DataNode
 *      Method:  set_key
 */
template < class T >
inline  void DataNode<T>::set_key ( int value )
{
    key = value;
    return ;
}       /** -----  end of method DataNode<T>::set_key  ----- */

/**
 *       Class:  DataNode
 *      Method:  get_data
 */
template < class T >
inline  T DataNode<T>::get_data (  ) const
{
    return data;
}       /** -----  end of method DataNode<T>::get_data  ----- */

/**
 *       Class:  DataNode
 *      Method:  set_data
 */
template < class T >
inline  void DataNode<T>::set_data ( T value )
{
    data    = value;
    return ;
}       /** -----  end of method DataNode<T>::set_data  ----- */

直接寻址表的定义

directAddr.h

#ifndef  DIRECTADDR_INC
#define  DIRECTADDR_INC

#include "dataNode.h"
#include <vector>
#include <string>

/**
 *        Class:  DirectAddr
 *  Description:  直接寻址接口
 */
template < class T >
class DirectAddr
{
    public:
        /** ====================  LIFECYCLE     ======================================= */
        DirectAddr (int _key_min=0 , int _key_max=0);                             /** constructor */
        ~DirectAddr();

        bool direct_delete(DataNode<T> &);
        bool direct_insert(DataNode<T> &);
        std::vector<T> direct_search(int);
        void printToVec(std::vector<std::vector<T> > &);
        void clear();
    private:
        /** ====================  DATA MEMBERS  ======================================= */
        void deleteAllNode(DataNode<T> * nodePtr);
        DataNode<T>* array;
        const int table_size; // 存储表的大小
        const int key_min; // 存储键值的最小值
        const int key_max;// 存储键值的最大值
}; /** ----------  end of template class DirectAddr  ---------- */

#include "directAddr.cc"
#endif   /* ----- #ifndef DIRECTADDR_INC  ----- */

directAddr.cc

#include <cstdio>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <typeinfo>

/**
 *       Class:  DirectAddr
 *      Method:  DirectAddr
 * Description:  构造函数
 */
template < class T >
DirectAddr < T >::DirectAddr (int _key_min , int _key_max):key_min(_key_min),                                                               key_max(_key_max),table_size(_key_max - _key_min+1)
{
    array = new DataNode<T>[table_size]();
    for ( int i = 0 ; i< table_size ; ++i )
    {
        array[i].next = NULL;
    }

}  /** ----------  end of constructor of template class DirectAddr  ---------- */

/**
 *       Class:  DirectAddr
 *      Method:  ~DirectAddr
 * Description:  destructor
 */
    template < class T >
DirectAddr< T >::~DirectAddr ()
{
    clear();
    delete [] array;
}  /** ----------  end of destructor of template class DirectAddr  ---------- */

/**
 *  插入一个新的元素
 */
    template < class T >
bool DirectAddr<T>::direct_insert (DataNode<T> & node)
{
    if(node.get_key() <key_min || node.get_key()>key_max)
        return false;
    DataNode<T> * tempNode = array[node.get_key() - key_min].next;
    DataNode<T> * newNode = new DataNode<T>(node.get_key() , node.get_data(), tempNode);
    if(newNode == NULL)
        return false;
    array[node.get_key() - key_min].next = newNode;
    return true;
}       /** -----  end of method DirectAddr<T>::direct_insert  ----- */

template < class T >
bool DirectAddr<T>::direct_delete (DataNode<T> & node)
{
    if(node.get_key()<key_min || node.get_key()>key_max)
        return false;
    DataNode<T> * targetNode = &array[node.get_key() - key_min];
    /*  找到需要删除的点 */
    while(targetNode->next != NULL && targetNode->next->get_data()!=node.get_data())
    {
        targetNode = targetNode->next;
    }
    if(targetNode->next == NULL)
        return false;
    // 找到节点，开始删除
    DataNode<T> * tempNode = targetNode->next->next;
    delete targetNode->next;
    targetNode->next = tempNode;
    return true;
}       /** -----  end of method DirectAddr<T>::direct_delete  ----- */

template < class T >
std::vector<T> DirectAddr<T>::direct_search (int key)
{
    if(key<key_min || key>key_max)
        return std::vector<T>();
    std::vector<T> retVec;
    DataNode<T> * tempNode = array[key - key_min].next;
    while(tempNode != NULL)
    {
        retVec.push_back(tempNode->get_data());
        tempNode = tempNode->next;
    }
    return retVec;
}       /** -----  end of method DirectAddr<T>::direct_search  ----- */

    template < class T >
void DirectAddr<T>::clear ()
{
    for(int i = 0 ; i < table_size ; ++i)
    {
        deleteAllNode(array[i - key_min].next);
    }
    return ;
}       /** -----  end of method DirectAddr<T>::clear  ----- */

template < class T >
void DirectAddr<T>::deleteAllNode (DataNode<T> * nodePtr)
{
    if(nodePtr ==  NULL)
        return;
    while(nodePtr != NULL)
    {
        DataNode<T> * tempNode = nodePtr->next;
        delete nodePtr;
        nodePtr = tempNode;
    }
    return ;
}       /** -----  end of method DirectAddr<T>::deleteAllNode  ----- */

template < class T >
void DirectAddr<T>::printToVec (std::vector<std::vector<T> > & vec)
{
    for ( int i = 0 ; i < table_size;++i )
    {
        std::vector<T> tempVec;
        DataNode<T> * tempNode = array[i - key_min].next;
        while(tempNode!=NULL)
        {
            tempVec.push_back(tempNode->get_data());
            tempNode=tempNode->next;
        }
        vec.push_back(tempVec);
    }
}       /** -----  end of method DirectAddr<T>::printToStr  ----- */

测试文件

测试直接寻址表是否可以正确运行

main.cc

#include <stdlib.h>
#include "directAddr.h"
#include "directAddr_test.h"
#include <cppunit/ui/text/TestRunner.h>
#include <cppunit/TestCaller.h>
#include <cppunit/TestSuite.h>

/**
 * +++  FUNCTION  +++
 *         Name:  main
 *  Description:  主函数
 */
int main ( int argc, char *argv[] )
{
    CppUnit::TextUi::TestRunner runner;
    CppUnit::TestSuite * suite = new CppUnit::TestSuite();

    suite->addTest(new CppUnit::TestCaller<DirectAddrTest>("Test insert by qeesung",     &DirectAddrTest::testInsert));
    suite->addTest(new CppUnit::TestCaller<DirectAddrTest>("Test delete by qeesung",     &DirectAddrTest::testDelete));
    suite->addTest(new CppUnit::TestCaller<DirectAddrTest>("Test search by qeesung",     &DirectAddrTest::testSearch));
    runner.addTest(suite);
    runner.run("",true);
    return EXIT_SUCCESS;
}               /** ----------  end of function main  ---------- */

编译运行

编译方法

  • 如果你的电脑有cppunit的动态链接库
make
  • 如果没有cppunit的动态链接库,你可以在你的源文件yourSourceFile.cc里面包含#include "directAddr.h",就可以使用直接寻址表
g++ yourSourceFile.cc -o target

执行程序

./testDirectAddr(or ./yourTarget)

注意:

本文中的所有代码你可以在这里：

https://github.com/qeesung/algorithm/tree/master/chapter11/11-1/directAddr(这里的会及时更新)

或者这里：

http://download.csdn.net/detail/ii1245712564/8793509

找到

总结

直接寻址表比较适用于键值范围不大，而且键值分布比较均匀的情况，比如我们只有两个数据(key:1,data),(key:10000,data),如果使用直接寻址表，那么就要分配100001大小的数组来保存这两个数据，太浪费了，所以在键值范围太大，而且数据太少的情况下不建议使用直接寻址表。

时间： 2024-08-07 07:33:34

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