散列函数

防止重复

将散列表用作缓存

小结

冲突

性能

填装因子

小结

示例代码

Python

C++

Java

散列函数

散列函数准确地指出了价格的存储位置，你根本不用查找！之所以能够这样，具体原因如下。

散列函数总是将同样的输入映射到相同的索引。每次你输入avocado，得到的都是同一个
数字。因此，你可首先使用它来确定将鳄梨的价格存储在什么地方，并在以后使用它来
确定鳄梨的价格存储在什么地方。
 散列函数将不同的输入映射到不同的索引。 avocado映射到索引4， milk映射到索引0。每
种商品都映射到数组的不同位置，让你能够将其价格存储到这里。
 散列函数知道数组有多大，只返回有效的索引。如果数组包含5个元素，散列函数就不会
返回无效索引100。

你结合使用散列函数和数组创建了一种被称为散列表（hash table）的数据结构。散列表是你学习的第一种包含额外逻辑的数据结构。数组和链表都被直接映射到内存，但散列表更复杂，它使用散列函数来确定元素的存储位置。

在你将学习的复杂数据结构中，散列表可能是最有用的，也被称为散列映射、映射、字典和关联数组。散列表的速度很快！你可以立即获取数组中的元素，而散列表也使用数组来存储数据，因此其获取元素的速度与数组一样快。

防止重复

你可能根本不需要自己去实现散列表，任一优秀的语言都提供了散列表实现。 Python提供的散列表实现为字典，你可使用函数dict来创建散列表。

Michael_Book = {}def addName(name):if Michael_Book.get(name):print("Let tom out")else:Michael_Book[name] = 1111111111print("Let tom vote")Michael_Book["Michael"] = 1253
Michael_Book["Jance"] = 5482
Michael_Book["Tomoto"] = 874152addName("Sun")print(Michael_Book)

将散列表用作缓存

例如， Facebook的服务器可能搜集你朋友的最近活动，以便向你显示这些信息，这需要几秒
钟的时间。作为用户的你，可能感觉这几秒钟很久，进而可能认为Facebook怎么这么慢！另一方
面， Facebook的服务器必须为数以百万的用户提供服务，每个人的几秒钟累积起来就相当多了。
为服务好所有用户， Facebook的服务器实际上在很努力地工作。有没有办法让Facebook的服务器
少做些工作，从而提高Facebook网站的访问速度呢？

假设你有个侄女，总是没完没了地问你有关星球的问题。火星离地球多远？月球呢？木星
呢？每次你都得在Google搜索，再告诉她答案。这需要几分钟。现在假设她老问你月球离地球多
远，很快你就记住了月球离地球238 900英里。因此不必再去Google搜索，你就可以直接告诉她
答案。这就是缓存的工作原理：网站将数据记住，而不再重新计算。

如果你登录了Facebook，你看到的所有内容都是为你定制的。你每次访问facebook.com，其
服务器都需考虑你感兴趣的是什么内容。但如果你没有登录，看到的将是登录页面。每个人看到
的登录页面都相同。 Facebook被反复要求做同样的事情：“当我注销时，请向我显示主页。”有鉴
于此，它不让服务器去生成主页，而是将主页存储起来，并在需要时将其直接发送给用户。

这就是缓存，具有如下两个优点。
 用户能够更快地看到网页，就像你记住了月球与地球之间的距离时一样。下次你侄女再
问你时，你就不用再使用Google搜索，立刻就可以告诉她答案。
 Facebook需要做的工作更少。

缓存是一种常用的加速方式，所有大型网站都使用缓存，而缓存的数据则存储在散列表中！
Facebook不仅缓存主页，还缓存About页面、 Contact页面、 Terms and Conditions页面等众多
其他的页面。因此，它需要将页面URL映射到页面数据。

小结

这里总结一下，散列表适合用于：
 模拟映射关系；
 防止重复；
 缓存/记住数据，以免服务器再通过处理来生成它们。

冲突

这里的经验教训有两个。

散列函数很重要。前面的散列函数将所有的键都映射到一个位置，而最理想的情况是，
散列函数将键均匀地映射到散列表的不同位置。

如果散列表存储的链表很长，散列表的速度将急剧下降。然而，如果使用的散列函数很
好，这些链表就不会很长！

散列函数很重要，好的散列函数很少导致冲突。

性能

一条水平线，看到了吧？这意味着无论散列表包含一个元素还是10亿个元素，从其中获取数
据所需的时间都相同。实际上，你以前见过常量时间——从数组中获取一个元素所需的时间就是
固定的：不管数组多大，从中获取一个元素所需的时间都是相同的。在平均情况下，散列表的速
度确实很快。

填装因子

小结

你几乎根本不用自己去实现散列表，因为你使用的编程语言提供了散列表实现。你可使用
Python提供的散列表，并假定能够获得平均情况下的性能：常量时间。
散列表是一种功能强大的数据结构，其操作速度快，还能让你以不同的方式建立数据模型。
你可能很快会发现自己经常在使用它。
 你可以结合散列函数和数组来创建散列表。
 冲突很糟糕，你应使用可以最大限度减少冲突的散列函数。
 散列表的查找、插入和删除速度都非常快。
 散列表适合用于模拟映射关系。
 一旦填装因子超过0.7，就该调整散列表的长度。
 散列表可用于缓存数据（例如，在Web服务器上）。
 散列表非常适合用于防止重复。

示例代码

Python


voted = {}
def check_voter(name):if voted.get(name):print("kick them out!")else:voted[name] = Trueprint("let them vote!")check_voter("tom")
check_voter("mike")
check_voter("mike")book = {"apple": 0.67, "milk": 1.49, "avocado": 1.49}
print(book)

C++

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include <utility>
#include <map>
using namespace std;using std::cout;
using std::endl;int main() {std::unordered_map<std::string, float> book = {{ "apple", 0.67 },{ "milk", 1.49 },{ "avocado", 1.49 }};map<string, float> priceGoods = {{ "apple", 0.67 },{ "milk", 1.49 },{ "avocado", 1.49 }};// print bookfor (std::pair<std::string, float> pair : book) {cout << pair.first << ": " << pair.second << "$" << endl;}// print map bookcout << "-------------map book myself------------------" << endl;map<string, float>::iterator iter;for (iter = priceGoods.begin(); iter != priceGoods.end(); iter++){cout << iter->first << " : " << iter->second << endl;}}

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>using std::cout;
using std::endl;std::unordered_map<std::string, bool> voted;void check_voter(const std::string& name) {//使用find，返回的是被查找元素的位置，没有则返回map.end()。auto search = voted.find(name);if (search == voted.end() || search->second == false) {voted.insert({ name, true });cout << "Let them vote!" << endl;;}else {cout << "Kick them out!" << endl;}
}int main() {check_voter("tom");check_voter("mike");check_voter("mike");check_voter("tom");}

C#

using System;
using System.Collections.Generic;namespace ConsoleApplication
{public class Program{public static void Main(string[] args){var book = new Dictionary<string, decimal>();book.Add("apple", 0.67m);book.Add("milk", 1.49m);book.Add("avocado", 1.49m);foreach (var item in book){Console.WriteLine($"{item.Key}: {item.Value}");}}}
}

using System;
using System.Collections.Generic;namespace ConsoleApplication
{public class Program{private static Dictionary<string, bool> _voted = new Dictionary<string, bool>();public static void Main(string[] args){CheckVoter("tom");CheckVoter("mike");CheckVoter("mike");}private static void CheckVoter(string name){if (_voted.ContainsKey(name)){Console.WriteLine("kick them out!");}else{_voted.Add(name, true);Console.WriteLine("let them vote!");}}}
}

JS


const book = {};
// an apple costs 67 cents
book['apple'] = 0.67;
// milk costs $1.49
book['milk'] = 1.49;
book['avocado'] = 1.49;console.log(book); // { apple: 0.67, milk: 1.49, avocado: 1.49 }

const voted = {};
function check_voter(name) {if (voted[name]) {console.log('kick them out!');} else {voted[name] = true;console.log('let them vote!');}
}check_voter("tom"); // let them vote!
check_voter("mike"); // let them vote!
check_voter("mike"); // kick them out!//Console.log(voted["tom"]);

Harstable

/*** Class HashTable** @param {object} obj*/
let HashTable = function( obj ) {let length = 0;this._items = ( function( obj ) {let items = {};for ( let p in obj ) {items[p] = obj[p];length++;}return items;}( obj ) );/*** Associates the specified value to the specified key** @param {string} key The key to which associate the value* @param {string} value The value to associate to the key** @return {(undefined|object)} Undefined is object didn't exists before this call*/this.set = function( key, value ) {let previous = undefined;if ( this.has( key ) ) {previous = this._items[key];} else {length++;}this._items[key] = value;return previous;};/*** Returns the value associated to the specified key** @param {string} key The key from which retrieve the value** @return {(undefined|string)} Undefined or associated value*/this.get = function( key ) {return this._items.hasOwnProperty( key ) ? this._items[key] : undefined;};/*** Returns whether the hashtable contains the specified key** @param {string} key The key to check** @return {boolean}*/this.has = function( key ) {return this._items.hasOwnProperty( key );};/*** Removes the specified key with its value** @param {string} key The key to remove** @return {(undefined|string)} Undefined if key doesn't exist and* string (previous value) - value of deleted item*/this.remove = function( key ) {if ( this.has( key ) ) {let previous = this._items[key];length--;delete this._items[key];return previous;} else {return undefined;}};/*** Returns an array with all the registered keys** @return {array}*/this.getKeys = function() {let keys = [];for ( let i in this._items ) {if ( this.has( i ) ) {keys.push( i );}}return keys;};/*** Returns an array with all the registered values** @return {array}*/this.getValues = function() {let values = [];for ( let i in this._items ) {if ( this.has( i ) ) {values.push( this._items[i] );}}return values;};/*** Iterates all entries in the specified iterator callback* @param {function} callback A method with 2 parameters: key, value*/this.each = function( callback ) {for ( let i in this._items ) {if ( this.has( i ) ) {callback( i, this._items[i] );}}};/*** Deletes all the key-value pairs on the hashmap*/this.clear = function() {this._items = {};length = 0;};/*** Gets the count of the entries in the hashtable*/Object.defineProperty( this, 'length', {get: function() {return length;},});/*** Gets an array of all keys in the hashtable*/Object.defineProperty(this, 'keys', {get: function() {return this.getKeys();},});/*** Gets an array of all values in the hashtable*/Object.defineProperty(this, 'values', {get: function() {return this.getValues();},});
};let hashtable = new HashTable({'one': 1, 'two': 2, 'three': 3, 'cuatro': 4});console.log( 'Original length: ' + hashtable.length ); // Original length: 4
console.log( 'Value of key "one": ' + hashtable.get( 'one' ) ); // Value of key "one": 1
console.log( 'Has key "foo"? ' + hashtable.has( 'foo' )); // Has key "foo"? false
console.log( 'Previous value of key "foo": ' + hashtable.set( 'foo', 'bar' ) ); // Previous value of key "foo": undefined
console.log( 'Length after set: ' + hashtable.length ); // Length after set: 5
console.log( 'Value of key "foo": ' + hashtable.get( 'foo' ) ); // Value of key "foo": bar
console.log( 'Value of key "cuatro": ' + hashtable.get( 'cuatro' )); // Value of key "cuatro": 4
console.log( 'Get keys by using property: ' + hashtable.keys ); // Get keys by using property: one,two,three,cuatro,foo
hashtable.clear();
console.log( 'Length after clear: ' + hashtable.length ); // Length after clear: 0

Java

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class JavaLearn {public static void main(String[] args) {Map<String, Double> book = new HashMap<>();// an apple costs 67 centsbook.put("apple", 0.67);// milk costs $1.49book.put("milk", 1.49);book.put("avocado", 1.49);System.out.println(book); // {apple=0.67, avocado=1.49, milk=1.49}}
}

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class JavaLearn {private static Map<String, Boolean> voted = new HashMap<>();private static void checkVoter(String name) {if (voted.containsKey(name)) {System.out.println("kick them out!");} else {voted.put(name, true);System.out.println("let them vote!");}}public static void main(String[] args) {checkVoter("tom"); // let them vote!checkVoter("mike"); // let them vote!checkVoter("mike"); // kick them out!checkVoter("tom"); // let them vote!}
}

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