【哈希表】为什么哈希表的插入/删除/查找时间复杂度为O(1)

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✍1.先说结论

在使用哈希表时,往往会出现哈希冲突,此时就会通过链表/红黑树的方法来解决冲突,此时引入链表/红黑树那么时间复杂度就不是严格的O(1)。
我们首先要明白N代表什么,N是指问题的规模大小。
在使用哈希表时,所有的数据个数为N,链表的长度肯定不是N,(因为存在着很多链表,理论上时存在着所有的数据都在一个链表上,但在实际的开发中,是不会出现的),此外,在哈希表的插入中,当负载因子过大时,哈希表会进行扩容,数据会重新哈希,重新分配到链表上,确保每个链表上的元素不会过多,就近似会认为是O(1)了。

✍2.哈希表的概念

顺序结构以及平衡树中,元素关键码与其存储位置之间没有对应的关系,因此在查找一个元素时,必须要经过关键码的多次比较。顺序查找时间复杂度为O(N),平衡树中为树的高度,即O( ),搜索的效率取决于搜索过程中元素的比较次数。

理想的搜索方法:可以不经过任何比较,一次直接从表中得到要搜索的元素。 如果构造一种存储结构,通过某种函数(hashFunc)使元素的存储位置与它的关键码之间能够建立一一映射的关系,那么在查找时通过该函数可以很快找到该元素。

当向该结构中:

  • 插入元素
    根据待插入元素的关键码,以此函数计算出该元素的存储位置并按此位置进行存放
  • 搜索元素
    对元素的关键码进行同样的计算,把求得的函数值当做元素的存储位置,在结构中按此位置取元素比较,若关键码相等,则搜索成功。
    该方式即为哈希(散列)方法,哈希方法中使用的转换函数称为哈希(散列)函数,构造出来的结构称为哈希表(HashTable)(或者称散列表)

✍3.哈希冲突

了解哈希表中数据发生冲突时的处理方法,也就是了解哈希表的底层原理。

3.1闭散列

闭散列:也叫开放定址法,当发生哈希冲突时,如果哈希表未被装满,说明在哈希表中必然还有空位置,那么可以把key存放到冲突位置中的“下一个” 空位置中去。

  • 通过哈希函数获取待插入元素在哈希表中的位置
  • 如果该位置中没有元素则直接插入新元素,如果该位置中有元素发生哈希冲突,使用线性探测找到下一个空位置,插入新元素
  • 采用闭散列处理哈希冲突时,不能随便物理删除哈希表中已有的元素,若直接删除元素会影响其他元素的搜索。比如删除元素4,如果直接删除掉,44查找起来可能会受影响。因此线性探测采用标记的伪删除法来删除一个元素。
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二次探测

线性探测的缺陷是产生冲突的数据堆积在一块,这与其找下一个空位置有关系,因为找空位置的方式就是挨着往后逐个去找,因此二次探测为了避免该问题,找下一个空位置的方法为: = ( + )% m, 或者:= ( - )% m。其中:i = 1,2,3…, 是通过散列函数Hash(x)对元素的关键码 key 进行计算得到的位置,m是表的大小。 对于2.1中如果要插入44,产生冲突,使用解决后的情况为:
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3.2开散列/哈希桶

开散列法又叫链地址法(开链法),首先对关键码集合用散列函数计算散列地址,具有相同地址的关键码归于同一子集合,每一个子集合称为一个桶,各个桶中的元素通过一个单链表链接起来,各链表的头结点存储在哈希表中。
【哈希表】为什么哈希表的插入/删除/查找时间复杂度为O(1),Java学习成长记,java

  1. 每个桶的背后是另一个哈希表
  2. 每个桶的背后是一棵搜索树

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