Wie werden Hash-Tabellen implementiert?

Eine Hash-Tabelle verwendet eine Hash-Funktion, um aus dem Eingabeschlüssel einen Index für ein Array zu berechnen, in dem der entsprechende Wert gespeichert wird. Dieser Prozess ermöglicht im Durchschnitt sehr schnelle Such-, Einfüge- und Löschvorgänge. Im Folgenden erläutern wir die Schlüsselelemente bei der Implementierung einer Hash-Tabelle.

Hash-Funktion

Die Hash-Funktion ist bei der Implementierung einer Hash-Tabelle von wesentlicher Bedeutung. Sein Ziel besteht darin, den Eingabeschlüssel in einen numerischen Index umzuwandeln, der bestimmt, wo im Array der diesem Schlüssel zugeordnete Wert gespeichert wird. Eine gute Hash-Funktion sollte die Schlüssel gleichmäßig über das Array verteilen und so die Anzahl der Kollisionen minimieren, d. h. unterschiedliche Schlüssel führen zum gleichen Index.

Kollisionsmanagement

Wenn zwei verschiedene Schlüssel denselben Index erzeugen, kommt es zu einer Kollision. Es gibt verschiedene Techniken zum Umgang mit Kollisionen. Die gebräuchlichsten sind:

• Verkettung: Jede Position im Array enthält eine Liste aller Elemente, deren Hash diesen Index ergibt. Suchen, Einfügen und Löschen erfordern das Durchlaufen der Liste an dieser Position.
• Adresse öffnen: Wenn eine Kollision auftritt, sucht die Hash-Tabelle mithilfe einer anderen Hash-Methode oder einer Testsequenz nach dem nächsten verfügbaren Platz im Array.

Größe ändern

Je mehr Elemente zu einer Hash-Tabelle hinzugefügt werden, desto größer wird der Lastfaktor (das Verhältnis zwischen der Anzahl der Elemente und der Kapazität des Arrays), was die Anzahl der Kollisionen erhöhen und die Leistung beeinträchtigen kann. Um eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten, wird die Größe von Hash-Tabellen häufig geändert, normalerweise wird ihre Größe verdoppelt, und alle Elemente werden basierend auf der neuen Kapazität gehasht.

Praxisbeispiel

öffentliche Klasse Hashtable {
     private Entry[]-Buckets;
     private int-Kapazität; // Anfängliche Tabellengröße

     privater statischer Klasseneintrag {
         endgültiger Objektschlüssel;
         Objektwert;
         Eintragnächster;

         Eintrag(Objektschlüssel, Objektwert) {
             this.key = Schlüssel;
             this.value = value;
         }
     }

     // Methode zum Einfügen des Schlüsselwerts in die Tabelle
     public void put(Objektschlüssel, Objektwert) {
         int BucketIndex = hash(key);
         Eintrag Eintrag = neuer Eintrag(Schlüssel, Wert);
         if (buckets[bucketIndex] == null) {
             Buckets[BucketIndex] = Eintrag;
         } anders {
             Eintrag current = Buckets[BucketIndex];
             while (current.next != null) {
                 current = current.next;
             }
             current.next = Eintrag;
         }
     }

     // Hash-Funktion, die den Index bestimmt
     privater int hash(Objektschlüssel) {
         return key.hashCode() % Kapazität;
     }
}

Zu verstehen, wie Hash-Tabellen funktionieren und wie man sie richtig implementiert, ist für eine effiziente Softwareentwicklung von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Anwendungen, die einen schnellen Zugriff auf große Datenmengen erfordern.