.NET深入了解哈希表和Dictionary

2022-11-17 00:00:00 元素 数组 复杂度 拉链 下标

引子

问题:给定一串数字{1,2,5,7,15,24,33,52},如何在时间复杂度为O(1)下,对数据进行CURD?

数组:我创建一个Length为53的数组,将元素插入相同下标处,是不是就可以实现查找复杂度O(1)了?但是添加修改元素时间复杂度为O(n)了。

链表:添加删除复杂度为O(1),但是查找时间复杂度为O(n)了。

身为.NETer肯定熟练使用Dictionary和HashSet,这两个容器的底层就是HashTable,所以带着对技术浓重的兴趣(面试),所以就从头到尾梳理一下!

理论

链地址法(拉链法)

回到问题本身,我们用数组可以实现查找复杂度为O(1),链表实现添加删除复杂度为O(1),如果我们将两个合起来,不就可以实现增删查都为O(1)了么?如何结合呢?

我们先定义一个数组,长度为7(敲黑板,思考下为什么选7?),将所有元素对7取余,这样所有元素都可以放在数组上了,如下图所示:

如上图,如果我们将数组中每个下标位置都放成一个链条,这样,复杂度不久降下去了么?

有问题么?没问题。真没问题么?有问题......

注意

  1. 插入元素是{0,7,14,21,28}怎么办?这样都落在下标为0的链条里,时间复杂度不又上去了?针对这种情况,隔壁Java将链表优化成了红黑书,我们.NET呢?往下看。

  2. 如果我的数组长度不是7,是2怎么办?所有数对2取余,不是1就是0,时间复杂度不又上去了?所以我们对数组长度应该取素数。

  3. 如果元素超级多或者特别少,我们的数组长度要固定么?就要动态长度

上边这种方法学名就叫拉链法!

开放地址法

上边我们聊过拉链法(为什么老想着裤子拉链......),拉链法是向下开辟新的空间,如果我们横向开辟空间呢?还是刚才的例子,我们这样搞一下试试。

线性探测法

我们插完7以后,在插24时,发现下标为2的地方有元素了,于是向后移动一位,发现有空位,于是就插进去了。

上边这种方法就是线性探测法!

二次聚集(堆积)

聪明的老鸟们,肯定疑惑啦,如果我们继续添加元素{x%11=4},{y%11=5},此时x,y元素都要往下标6插数据。这样就导致了原始哈希地址不同的元素要插入同一个地址。即添加同义词的冲突过程中又添加了非同义词的冲突。这就是二次聚集

二次探测法

如果在线性探测法中,我们不依次寻找下一个呢?我们针对"下一个"采取{1 ^ 2,-1 ^ 2,2 ^ 2,-2 ^ 2....}(垃圾编辑器,次方样式乱了)这样的步长呢?真聪明!你已经知道二次探测法了!

这......这还能用么?不都乱了么?下标和元素对不上了呀!怎么去查找元素呢?

别急呀,家人们呐,我们按照这个思路查询就好了:

查找算法步骤

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