电话号码查询系统（数据结构之哈希表）

哈希表

哈希表（Hash Table）是一种根据关键字直接访问内存存储位置的数据结构。通过哈希表，数据元素的存放位置和数据元素的关键字之间建立起某种对应关系，建立这种对应关系的函数称为哈希函数。

1.哈希函数的构造方法
假设要存储的数据元素个数为n，设置一个长度为m（m≥n）的连续存储单元，分别以每个数据元素的关键字 Ki(0<= i <=n-1) 为自变量，通过哈希函数 hash(Ki) 把 Ki 映射为内存单元的某个地址 hash(ki)，并将该数据元素存储在该内存单元中。

从数学的角度来看，哈希函数实际上是关键字到内存单元的映射，因此我们希望用哈希函数通过尽量简单的运算，使得通过哈希函数计算出的哈希地址尽量均匀地被映射到一系列的内存单元中。

构造哈希函数有三个要点：

第一，运算过程要尽量简单高效，以提高哈希表的插入和检索效率；

第二，哈希函数应该具有较好的散列性，以降低哈希冲突的概率；

第三，哈希函数应具有较大的压缩性，以节省内存。
2.什么是冲突？怎么解决冲突？
在构造哈希表时，存在这样的问题，对于两个不同的关键字，通过我们的哈希函数计算哈希地址时却得到了相同的哈希地址

1）开放定址法

它是一类以发生哈希冲突的哈希地址为自变量，通过某种哈希函数得到一个新的空闲内存单元地址的方法（如图），开放定址法的哈希冲突函数通常是一组；
2）链表法

当未发生冲突时，则直接存放该数据元素；当冲突产生时，把产生冲突的数据元素另外存放在单链表中。

电话号码查询系统（哈希表结构）

1.数据类型定义

typedef struct Imfo{char name[20];char num[20];Imfo* nextData;
}Imfo;
typedef struct node{Imfo* nextData;//利用链表法处理冲突
}HashTable[Max_num];

2.哈希函数

int HashFunction(Imfo Data){//哈希函数，构造储存地址int s=0;s=(Data.num[3]-'0')+(Data.num[4]-'0')+(Data.num[5]-'0')+(Data.num[6]-'0')+(Data.num[7]-'0');return s%47;
}

3.初始化空哈希表

int InitHash(HashTable &s){//初始化一个空的哈希表for(int i=0;i<50;i++){s[i].nextData=NULL;//给nextData赋初值，方便设置条件}flag=1;//标志哈希表的建立printf("创建成功！\n");return OK;
}

4.初步储存5个联系人信息

int CreatHash(HashTable &s){//初始化建立一个五位的哈希表if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}printf("请输入~\n");for(int i=0;i<5;i){Imfo*p=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));scanf("%s",p->name);scanf("%s",p->num);if(addHash(s,p)==-1);else i++;}printf("保存成功！\n");return 1;}

5.用头插法中插入元素

int addHash(HashTable &s,Imfo* Data){//向哈希表中插入元素int k=HashFunction(*Data);Imfo*p=s[k].nextData;while(p){if(!strcmp(p->num,Data->num)){printf("%s %s 该号码已存在！不能录入系统！\n",Data->name,Data->num);return -1;}p=p->nextData;}Data->nextData=s[k].nextData;s[k].nextData=Data;//利用头接法将新节点链如哈希表return OK;
}

6.向哈希表中增加一个元素

int addOneHash(HashTable &s){//向电话簿中添加一个联系人if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}Imfo*q=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));printf("输入联系人姓名：");scanf("%s",q->name);printf("输入联系人电话：");scanf("%s",q->num);int k=HashFunction(*q);Imfo*p=s[k].nextData;while(p){if(!strcmp(p->num,q->num)){printf("%s %s 该号码已存在！不能录入系统！\n",q->name,q->num);return -1;}p=p->nextData;}q->nextData=s[k].nextData;s[k].nextData=q;printf("添加成功！\n");return OK;
}

7.删除一个元素

int delOneHash(HashTable &s){//删除电话簿中一个联系人if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}Imfo*q=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));Imfo*t=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));;printf("输入联系人姓名：");scanf("%s",q->name);printf("输入联系人电话：");scanf("%s",q->num);int k=HashFunction(*q);Imfo*p=s[k].nextData;t=s[k].nextData;if(!t)printf("电话簿没有该联系人！\n");if(!s[k].nextData->nextData&&!strcmp(s[k].nextData->num,q->num)){s[k].nextData=NULL;printf("删除成功！\n");return OK;}//该地址只有一个节点，s[k].nextData->nextData=null，且该节点就是需要删除的节点else if(!s[k].nextData->nextData&&strcmp(s[k].nextData->num,q->num)){printf("电话簿没有该联系人！\n");return ERROR;}//该地址只有一个节点，s[k].nextData->nextData=null，但该节点不是需要删除的节点if(s[k].nextData->nextData&&!strcmp(s[k].nextData->num,q->num)){s[k].nextData=s[k].nextData->nextData;printf("删除成功！\n");return OK;}//该地址不只有一个节点，s[k].nextData->nextData！=null，且该节点就是需要删除的节点while(p){if(!strcmp(p->num,q->num)){break;}t=p;p=p->nextData;}//p为移动节点，用来做判断条件，t为p的前驱节点，用来删除p所用if(!p){printf("电话簿没有该联系人！\n");return ERROR;}else{if(!p->nextData)t->nextData=NULL;//如果需要查找的节点是该链最后一个，直接使t->nextData=NULLelse t->nextData=p->nextData;free(p);//释放pprintf("删除成功！\n");}return OK;
}

8.查询哈希表中的元素

int SearchHash(HashTable s){//根据输入的关键字，查询联系人信息，并打印if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}Imfo T;printf("输入查询的电话号码：");scanf("%s",T.num);int k=HashFunction(T);Imfo*p=s[k].nextData;while(p){if(!strcmp(p->num,T.num)){printf("查找完毕！该联系人信息为：姓名：%s 电话号码：%s \n",p->name,p->num);return OK;}p=p->nextData;}printf("没有找到该联系人\n");return ERROR;
}

完整的代码：

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#define OK 1
#define ERROR 0
#include<malloc.h>
#include<string.h>
using namespace std;
#define Max_num 50
typedef struct Imfo{char name[20];char num[20];Imfo* nextData;
}Imfo;
typedef struct node{Imfo* nextData;
}HashTable[Max_num];
int flag=0;//标记电话薄已经建立
int HashFunction(Imfo Data);//哈希函数，构造储存地址
int InitHash(HashTable &s);//初始化一个空的哈希表
int CreatHash(HashTable &s);//初始化建立一个五位的哈希表
int addHash(HashTable &s,Imfo* Data);//向哈希表中插入元素
int addOneHash(HashTable &s);//向电话簿中添加一个联系人
int delOneHash(HashTable &s);//删除电话簿中一个联系人
int SearchHash(HashTable s);//根据输入的关键字，查询联系人信息，并打印
int ModifyHash(HashTable &s);//改变联系人信息(需要先删除旧的信息在添加新的信息)
int showHash(HashTable s);//打印哈希表
int OperateMenu();//建立菜单，提示操作代码
int main()
{HashTable s;int i=1;while(i){switch(OperateMenu()){case 1:InitHash(s);break;case 2:CreatHash(s);break;case 3:showHash(s);break;case 4:SearchHash(s);break;case 5:addOneHash(s);break;case 6:delOneHash(s);break;case 7:ModifyHash(s);break;case 0:i=0;}}
}int InitHash(HashTable &s){//初始化一个空的哈希表for(int i=0;i<50;i++){s[i].nextData=NULL;//给nextData赋初值，方便设置条件}flag=1;//标志哈希表的建立printf("创建成功！\n");return OK;
}
int HashFunction(Imfo Data){//哈希函数，构造储存地址int s=0;s=(Data.num[3]-'0')+(Data.num[4]-'0')+(Data.num[5]-'0')+(Data.num[6]-'0')+(Data.num[7]-'0');return s%47;
}
int CreatHash(HashTable &s){//初始化建立一个五位的哈希表if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}printf("请输入~\n");for(int i=0;i<5;i){Imfo*p=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));scanf("%s",p->name);scanf("%s",p->num);if(addHash(s,p)==-1);else i++;}printf("保存成功！\n");return 1;}
int addHash(HashTable &s,Imfo* Data){//向哈希表中插入元素int k=HashFunction(*Data);Imfo*p=s[k].nextData;while(p){if(!strcmp(p->num,Data->num)){printf("%s %s 该号码已存在！不能录入系统！\n",Data->name,Data->num);return -1;}p=p->nextData;}Data->nextData=s[k].nextData;s[k].nextData=Data;//利用头接法将新节点链如哈希表return OK;
}
int SearchHash(HashTable s){//根据输入的关键字，查询联系人信息，并打印if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}Imfo T;printf("输入查询的电话号码：");scanf("%s",T.num);int k=HashFunction(T);Imfo*p=s[k].nextData;while(p){if(!strcmp(p->num,T.num)){printf("查找完毕！该联系人信息为：姓名：%s 电话号码：%s \n",p->name,p->num);return OK;}p=p->nextData;}printf("没有找到该联系人\n");return ERROR;
}
int addOneHash(HashTable &s){//向电话簿中添加一个联系人if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}Imfo*q=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));printf("输入联系人姓名：");scanf("%s",q->name);printf("输入联系人电话：");scanf("%s",q->num);int k=HashFunction(*q);Imfo*p=s[k].nextData;while(p){if(!strcmp(p->num,q->num)){printf("%s %s 该号码已存在！不能录入系统！\n",q->name,q->num);return -1;}p=p->nextData;}q->nextData=s[k].nextData;s[k].nextData=q;printf("添加成功！\n");return OK;
}
int delOneHash(HashTable &s){//删除电话簿中一个联系人if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}Imfo*q=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));Imfo*t=(Imfo*)malloc(sizeof(Imfo));;printf("输入联系人姓名：");scanf("%s",q->name);printf("输入联系人电话：");scanf("%s",q->num);int k=HashFunction(*q);Imfo*p=s[k].nextData;t=s[k].nextData;if(!t)printf("电话簿没有该联系人！\n");if(!s[k].nextData->nextData&&!strcmp(s[k].nextData->num,q->num)){s[k].nextData=NULL;printf("删除成功！\n");return OK;}//该地址只有一个节点，s[k].nextData->nextData=null，且该节点就是需要删除的节点else if(!s[k].nextData->nextData&&strcmp(s[k].nextData->num,q->num)){printf("电话簿没有该联系人！\n");return ERROR;}//该地址只有一个节点，s[k].nextData->nextData=null，但该节点不是需要删除的节点if(s[k].nextData->nextData&&!strcmp(s[k].nextData->num,q->num)){s[k].nextData=s[k].nextData->nextData;printf("删除成功！\n");return OK;}//该地址不只有一个节点，s[k].nextData->nextData！=null，且该节点就是需要删除的节点while(p){if(!strcmp(p->num,q->num)){break;}t=p;p=p->nextData;}//p为移动节点，用来做判断条件，t为p的前驱节点，用来删除p所用if(!p){printf("电话簿没有该联系人！\n");return ERROR;}else{if(!p->nextData)t->nextData=NULL;//如果需要查找的节点是该链最后一个，直接使t->nextData=NULLelse t->nextData=p->nextData;free(p);//释放pprintf("删除成功！\n");}return OK;
}
int ModifyHash(HashTable &s){//改变联系人信息(需要先删除旧的信息在添加新的信息)if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}if(!delOneHash(s))return ERROR;addOneHash(s);return OK;
}
int showHash(HashTable s){//打印哈希表if(flag==0){printf("未建立电话簿，请先建立！\n");return ERROR;}int c=1;printf("电话号码全部信息为：\n");for(int i=0;i<50;i++){if(s[i].nextData!=NULL){printf("%d:姓名：%s 电话号码：%s\n",c++,s[i].nextData->name,s[i].nextData->num);Imfo*p=s[i].nextData->nextData;while(p){printf("%d:姓名：%s 电话号码：%s\n",c++,p->name,p->num);p=p->nextData;}}
}return OK;
}
int OperateMenu(){//建立菜单，提示操作代码int num;printf("                           *---------------------------------------*\n");printf("                                   1：创建一个空的电话薄！\n");printf("                                   2：初始化输入5个信息！\n");printf("                                   3：打印电话薄的全部信息！\n");printf("                                   4：查询联系人信息！\n");printf("                                   5：添加一个联系人信息！\n");printf("                                   6：删除一个联系人信息！\n");printf("                                   7：修改联系人的电话信息！\n");printf("                                   0:选择其他指令退出系统！\n");printf("                           *---------------------------------------*\n");scanf("%d",&num);for(int i=0;;i++){if(num<0||num>7){printf("指令错误！请输入正确的指令~\n");return -1;}else if(num==0){return num;break;}else if(num==1){return num;break;}else if(num==2){return num;break;}else if(num==3){return num;break;}else if(num==4){return num;break;}else if(num==5){return num;break;}else if(num==6){return num;break;}else if(num==7){return num;break;}}
}

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