开放寻址法(open addressing)中,所有元素都存放在槽中,在链表法散列表中,每个槽中保存的是相应链表的指针,为了维护一个链表,链表的每个结点必须有一个额外的域来保存它的前戏和后继结点。开放寻址法不在槽外保存元素,不使用指针,也不必须为了维护一个数据结构使用额外的域,所有可以不用存储指针而节省的空间,使得可以用同样的空间来提供更多的槽,也潜在地减少了冲突,提高了检索速度。
为了使用开放寻址法插入一个元素,需要连续地检查散列表,或称为探查(probe),直到找到一个空槽来放置待插入的关键字为止。
有三种常用技术来计算开放寻址法中的探查序列:线性探查、二将探查和双重探查。
1.线性探查:给定个一个普通的散列函数 h‘:U->{0, 1, ..., m-1},称之为辅助散列函数,线性探查方法采用的散列函数为:
h(k, i) = (h‘(k) + 1) mode n,i = 0, 1, ...,m-1
给定一个一个关键字k,首先探查 T[h‘(k)],即由辅助散列函数所给出的槽位,再探查槽 T[h‘(k) + 1], 依次类推,直至槽 T[m - 1],然后,又绕到 T[0], T[1],...,直到最后探查到槽 T[h‘(k) - 1],在线性探查方法中,初始探查位置决定了整个序列,故只有 m 种不同的探查序列。
2.二次探查:采用如下列式的散列函数:h(k, i) = (h‘(k) + c1i + c2i^2) mod m
其中 h‘ 是一个辅助散列波函数,c1 和 c2 为正的辅助常数,i = 0, 1, ... , m - 1。
象线性探查一样,二次探查的初始探查位置决定了整个序列。
3.双重散列:双重散列是用于开放寻址法的最好方法之一,因为它所产生的排列具有随机选择排列的这么多特性。双重散列采用以下形式的散列函数:h(k, i) = (h1(k) + ih2(k)) mod m
其中 h1 和 h2 均为辅助散列函数。初始探查位置为 T[h1(k)],后续的探查位置是前一位置加上偏移量 h2(k) 模 m。为了能查找整个散列表,值 h2(k) 必须要与表的大小 m 互素。
以下是开放寻址法的一个类的定义的例子:
#ifndef _OPEN_ADDRESSING_HASH_H_ #define _OPEN_ADDRESSING_HASH_H_ /************************************************************************ 算法导论 开放寻址法散列表,本全程采用双重散列的散列函数,其中 h1(k) = k % m, h2(k) = 1 + k % (m - 1) ************************************************************************/ #include <stdexcept> template <class T> class OpenAddressingHash{ public: // 定义一个散列元素类型 struct Node { friend class OpenAddressingHash < T > ; // 散列元素键值,key 必须 >= 0,当 key == -1 时,表示槽是空的, // 当 key == -2 时表示槽内元素已删除 int key; T value; private: Node() :key(-1){} Node(int k, const T& v) :key(k), value(v){} }; // 插入一个元素 Node* insert(size_t key, const T& value); // 查找一个元素 Node* search(size_t key); // 删除一个散列元素 void remove(size_t key); private: // 散列表大小 static const size_t _table_size = 11; // 散列表 Node _table[_table_size]; // 散列函数 size_t hash(size_t k, size_t); // 辅助散列函数 h1 h2 inline size_t hash1(size_t k); inline size_t hash2(size_t k); }; template <class T> typename OpenAddressingHash<T>::Node* OpenAddressingHash<T>::insert(size_t key, const T& value){ size_t i = 0; while (i != _table_size) { auto hashCode = hash(key, i); auto node = &_table[hashCode]; // 如果槽中关键字与要插入的关键字相同,则修改元素的值 if (node->key == key || node->key == -2 || node->key == -1){ node->key = static_cast<int>(key); node->value = value; return node; } ++i; } throw std::overflow_error("hash table overflow"); } template <class T> typename OpenAddressingHash<T>::Node* OpenAddressingHash<T>::search(size_t key){ size_t i = 0; while (i != _table_size) { auto hashCode = hash(key, i++); if (_table[hashCode].key == key) return &_table[hashCode]; } return nullptr; } template <class T> void OpenAddressingHash<T>::remove(size_t key){ auto node = search(key); if (node) // 将 key 设置为 -2,表示当前槽元素已删除 // 不要将 key 设置为 -1,如果这样可导致之后具有相同散列值的元素不可访问 node->key = -2; } template <class T> size_t OpenAddressingHash<T>::hash(size_t key, size_t i){ return (hash1(key) + i * hash2(key)) % _table_size; } template <class T> size_t OpenAddressingHash<T>::hash1(size_t key){ return key % _table_size; } template <class T> size_t OpenAddressingHash<T>::hash2(size_t key){ return key % (_table_size - 1) + 1; } #endif