数据结构实训——哈希表设计

1 课题描述

针对某个集体中人名设计一个哈希表，使得平均查找长度不超过2，并完成相应的建表和查表程序。

2 问题分析和任务定义

1）假设人名为中国人姓名的汉语拼音形式。待填入哈希表的人名共有30个，取平均查找长度的上限为2。
2）哈希函数用除留余数法构造，用线性探测再散列法或链地址法处理冲突。
3）在输入人名过程中能自动识别非法输入，并给与非法输入的反馈信息要求重新输入。
4）查找成功时，显示姓名及关键字，并计算和输出查找成功的平均查找长度

3 逻辑设计

1）数据类型：

对于名字中包含的信息，名字的拼音使用字符串类型保存，由拼音字母ascll构成的关键字使用整数型保存。对于哈希表所包含的信息，姓名使用字符串类型保存，关键字使用整数型保存，哈希表中的元素使用整数类型保存。
struct name///名字结构体
{
char s[30];
int v;///ascll码值之和
} NAME[N];
struct hashs///哈希表结构体
{
char name[30];///名字
int key;///关键字
int sum;///哈希表中含有的元素个数
} HASH[M];

2）抽象数据类型：

ADT Hash {
数据对象D：D是具有相同特征的数据元素的集合。各数据元素均含有类型相同，可唯一标识数据元素的关键字。
数据关系R：数据元素同属一个集合。
init()
操作结果：初始化姓名表。
creathash()
操作结果：建立哈希表。
displayhash()
操作结果：显示哈希表。
display()
操作结果：显示姓名表。
searchhash()
操作结果：查找姓名。
}ADT Hash

3）模块功能：

功能上主要分为初始化姓名表，构建哈希表，显示姓名表，显示哈希表，从哈希表中
查找姓名这五大功能。其中构建哈希表使用除留余数法构建，并用线性探测再散列的方法解决冲突。

4 详细设计

const int N=30;
const int M=50;
struct name///名字结构体
{
char s[30];
int v;///ascll码值之和
} NAME[N];
struct hashs///哈希表结构体
{
char name[30];///名字
int key;///关键字
int sum;///哈希表中含有的元素个数
} HASH[M];

<1>初始化函数：void init()
读取姓名信息，初始化成姓名表。

<2>创建哈希表函数：void creathash()
将读取信息建立的姓名表建立哈希表。

<3>演示哈希表函数：void displayhash()
打印哈希表中的信息。

<4>演示姓名表函数：void display()
打印姓名表中的信息。

<5>查找哈希表中的姓名函数 void searchhash()
按照输入的姓名查找其在哈希表中的位置，并打印信息。

5 程序编码

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N=30;
const int M=50;
struct name   //名字结构体
{char s[30];int v;   //ascll码值之和
} NAME[N];
struct hashs   //哈希表结构体
{char name[30];   //名字int key;   //关键字int sum;   //哈希表中含有的元素个数
} HASH[M];
void init()   //初始化
{int i,j,sum;for(i=0; i<N; i++){NAME[i].v=0;}strcpy(NAME[0].s,"houhuiyu");//侯慧玉strcpy(NAME[1].s,"liutongxuan");//刘同轩strcpy(NAME[2].s,"liujiyuan");//刘继源strcpy(NAME[3].s,"wuzhe");//吴哲strcpy(NAME[4].s,"yaofanqi");//姚蕃淇strcpy(NAME[5].s,"sunchuwen");//孙楚旻strcpy(NAME[6].s,"songmingxue");//宋明雪strcpy(NAME[7].s,"zhangyongfei");//张勇飞strcpy(NAME[8].s,"zhangnanshuang");//张楠爽strcpy(NAME[9].s,"xumingyan");//徐明燕strcpy(NAME[10].s,"zengguangxun");//曾广巡strcpy(NAME[11].s,"liyong");//李勇strcpy(NAME[12].s,"liwenyao");//李文瑶strcpy(NAME[13].s,"lichenchuangyi");//李陈创一strcpy(NAME[14].s,"yangbinxu");//杨滨旭strcpy(NAME[15].s,"sangtianqi");//桑天奇strcpy(NAME[16].s,"lianghongting");//梁宏婷strcpy(NAME[17].s,"wangfuqiang");//王富强strcpy(NAME[18].s,"wanghongyuan");//王洪远strcpy(NAME[19].s,"wangtongshu");//王童姝strcpy(NAME[20].s,"wangpeng");//王鹏strcpy(NAME[21].s,"aizhanpeng"); //艾展鹏strcpy(NAME[22].s,"yuanyuan");//袁媛strcpy(NAME[23].s,"hexinlin");//贺薪霖strcpy(NAME[24].s,"xinghongxuan");//邢鸿轩strcpy(NAME[25].s,"guofanshu");//郭芃妤strcpy(NAME[26].s,"chenxuyan");//陈旭艳strcpy(NAME[27].s,"hanyutao");//韩玉涛strcpy(NAME[28].s,"lushiteng");//鹿世腾strcpy(NAME[29].s,"huangqichang");//黄启昌for(i=0; i<N; i++){sum=0;for(j=0; j<strlen(NAME[i].s); j++){sum=sum+(NAME[i].s[j]-'a');}NAME[i].v=sum;   //名字字母ascll码之和}
}
void creathash()    //构造哈希表
{int i;int n,m,counts;for(i=0; i<M; i++){strcpy(HASH[i].name,"0");HASH[i].key=0;HASH[i].sum=0;}for(i=0; i<N; i++){counts=1;n=(NAME[i].v)%47;m=n;if(HASH[n].sum==0)   //不冲突{strcpy(HASH[n].name,NAME[i].s);HASH[n].key=NAME[i].v;HASH[n].sum=1;}else   //如果发生了冲突{while(1){m=(m+1)%47;counts++;if(HASH[m].key==0){break;}}strcpy(HASH[m].name,NAME[i].s);HASH[m].key=NAME[i].v;HASH[m].sum=counts;}}return ;
}
void searchhash()
{char name[30];int i,sum,n,m,counts;sum=0;n=0;counts=1;printf("请输入要查找人的姓名拼音：\n");scanf("%s",name);for(i=0; i<strlen(name); i++){sum+=(name[i]-'a');}n=sum%47;m=n;if(strcmp(HASH[n].name,name)==0){printf("姓名:%s 关键字:%d 查找长度:1\n",HASH[n].name,sum);}else if(HASH[n].sum==0){printf("没有找到这条记录！！！\n");}else{while(1){m=(m+1)%47;counts++;if(strcmp(HASH[m].name,name)==0){printf("姓名:%s 关键字:%d 查找长度:%d\n",HASH[m].name,sum,counts);break;}if(HASH[m].key==0){printf("没有找到这条记录！！！\n");break;}}}
}
void displayhash()   //演示哈希表
{int i,sum;float ave;ave=0.0;sum=0;printf("\n地址\t关键字\t\t搜索长度\t姓名\n");for(i=0; i<M; i++){printf("%d",i);printf("\t%d",HASH[i].key);printf("\t\t%d",HASH[i].sum);printf("\t%s",HASH[i].name);printf("\n");}for(i=0; i<M; i++){sum+=HASH[i].sum;}ave=((sum)*1.0)/N;printf("\n");printf("平均查找长度ASL(%d)=%.3lf\n",N,ave);return ;
}
void display()
{int i;for(i=0; i<30; i++){printf("\n\t关键字\t\t姓名\n");printf("\t%d",NAME[i].v);printf("\t%s",NAME[i].s);}return ;
}
int menu()
{printf("\n\n");printf("\t汉字姓名拼音哈希表展示查找系统\n");printf("\t1.展示姓名拼音和关键字\n");printf("\t2.展示哈希表\n");printf("\t3.查找关键字\n");printf("\t4.退出\n");printf("\n");printf("\n");return 0;
}
int main()
{int n;int flag;flag=1;while(1){menu();if(flag==1){init();creathash();flag=0;}scanf("%d",&n);getchar();if(n<1||n>4){printf("输入有误，请重新输入！！！\n");continue;}else{if(n==1){printf("展示所准备的姓名拼音及其所组成的关键字：\n");display();}else if(n==2){displayhash();}else if(n==3){searchhash();}else if(n==4){return 0;}}}return 0;
}

6 程序调试与测试

1）打印姓名表：

2）打印哈希表

3）查找姓名：

7 结果分析

时间复杂度在没有冲突时是O(1)，实际上要根据冲突多少来确定，最差情况下会退化成O(n)。空间复杂度是O(n)。