¿Cómo se implementan las tablas hash?

Una tabla hash utiliza una función hash para calcular un índice en un arreglo a partir de la clave de entrada, donde se almacenará el valor correspondiente. Este proceso permite operaciones de búsqueda, inserción y eliminación muy rápidas en promedio. A continuación, desglosamos los elementos clave en la implementación de una tabla hash.

Función Hash

La función hash es fundamental en la implementación de una tabla hash. Su objetivo es convertir la clave de entrada en un índice numérico, que determina en qué posición del arreglo se almacenará el valor asociado a esa clave. Una buena función hash debe distribuir las claves uniformemente por el arreglo, minimizando el número de colisiones, es decir, diferentes claves que resultan en el mismo índice.

Manejo de Colisiones

Cuando dos claves diferentes producen el mismo índice, ocurre una colisión. Hay varias técnicas para manejar colisiones, las más comunes son:

• Encadenamiento: Cada posición del arreglo contiene una lista de todos los elementos cuyo hash resulta en ese índice. La búsqueda, inserción y eliminación requieren recorrer la lista en esa posición.
• Dirección abierta: Si ocurre una colisión, la tabla hash busca el siguiente espacio disponible en el arreglo utilizando otro método de hash o una secuencia de prueba.

Redimensionamiento

A medida que se agregan más elementos a una tabla hash, el factor de carga (la relación entre el número de elementos y la capacidad del arreglo) aumenta, lo que puede aumentar el número de colisiones y afectar el rendimiento. Para mantener un rendimiento óptimo, las tablas hash a menudo se redimensionan, típicamente duplicando su tamaño, y se recalcula el hash de todos los elementos según la nueva capacidad.

Ejemplo Práctico

public class Hashtable {
    private Entry[] buckets;
    private int capacity; // Tamaño inicial de la tabla

    private static class Entry {
        final Object key;
        Object value;
        Entry next;

        Entry(Object key, Object value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }
    }

    // Método para insertar clave-valor en la tabla
    public void put(Object key, Object value) {
        int bucketIndex = hash(key);
        Entry entry = new Entry(key, value);
        if (buckets[bucketIndex] == null) {
            buckets[bucketIndex] = entry;
        } else {
            Entry current = buckets[bucketIndex];
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = entry;
        }
    }

    // Función hash que determina el índice
    private int hash(Object key) {
        return key.hashCode() % capacity;
    }
}

Entender cómo funcionan las tablas hash y cómo implementarlas correctamente es crucial para el desarrollo de software eficiente, especialmente en aplicaciones que requieren acceso rápido a grandes volúmenes de datos.