[数据结构与算法] 哈希表

散列表（Hash table，也叫哈希表），是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构 。
也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。

如下图,定义了16个数组,每个数组用来存放一条链表. 在插入数据时, 首先会通过将元素值对数组个数取模来找到该元素位于哪个链表(数组), 然后再按照链表的插入方式插入

我们google公司的一个上机题来学习Hash表:

有一个公司,当有新的员工来报道时,要求将该员工的信息加入(id,性别,年龄,名字,住址…),当输入该员工的id时,要求查找到该员工的所有信息.

要求:

• 不使用数据库,速度越快越好=>哈希表(散列)
• 添加时，保证按照id从低到高插入 [思考：如果id不是从低到高插入，但要求各条链表仍是从低到高，怎么解决?]
• 使用链表来实现哈希表, 该链表不带表头[即: 链表的第一个结点就存放雇员信息]
• 思路分析并画出示意图
• 代码实现[增删改查(显示所有员工，按id查询)]

代码实现

• 创建链表中的单个元素实体Emp
• 创建链表实体EmpLinkedList , 用于存放上述元素以及增删改查方法
  这里因为开始时没有对head进行初始化,因此删除时需要单独进行判断
• 创建HashTab, 编写散列函数, 并实现Hash表的增删改查方法

/**
* 哈希表实现数据的存储
*
* @author TimePause
* @create 2020-02-09 10:53
*/
public class HashDemo {

/**
* 雇员类
*/
class Emp {
public int id;
public String name;
public Emp next;//next默认为null

public Emp(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
}

/**
* 用链表存放雇员信息
*/
class EmpLinkedList {
//头指针，执行第一个Emp,因此我们这个链表的head 是直接指向第一个Emp
//***默认null,但是如果这里不进行初始化,那么在根据id删除链表节点时,会因为没有初始化而出现空指针异常而无法进行下去***
//private Emp head=new Emp(0,"");//这样初始化没问题,但是每条链表第一个元素就是id=0,name=  ,会占用额外空间
private Emp head=null;

// 添加雇员方法
public void add(Emp emp){
// 如果是添加第一个雇员
if (head==null){
head = emp;
return;//退出
}
// 如果添加的不是第一个雇员,则使用一个辅助指针,帮助定位到最后
Emp curEmp = head;
while (true){
if (curEmp.next==null){//说明遍历到最后
break;//结束当前循环
}
//否则则将指针后移
curEmp = curEmp.next;
}
// 在链表末尾添加emp
curEmp.next = emp;
}

/**
* 删除节点元素
* @param no
*/
public void del(int no){
//***如果链表中只有一个元素, 则直接将该元素置空即为删除***
if (head!=null && head.next==null){
head = null;
return;
}else{
System.out.println("链表为空,无法删除");
}
//如果是正常情况. 删除节点
Emp curEmp = head;
// 辅助变量flag,代表查找的元素是否存在
boolean flag = false;
while (true){
if (curEmp.next==null){//说明已到达链表末尾
break;
}
if (curEmp.next.id==no){
flag = true;
break;
}
curEmp=curEmp.next;
}
if (flag){
curEmp.next = curEmp.next.next;
}else {
System.out.println("要删除的节点不存在");
}
}

//遍历显示链表雇员的基本信息
public void list(int no){
if(head == null) { //说明链表为空
System.out.println("第 "+(no+1)+" 链表为空");
return;
}
System.out.print("第 "+(no+1)+" 链表的信息为");
Emp curEmp = head; //辅助指针
while(true) {
System.out.printf(" => id=%d name=%s\t", curEmp.id, curEmp.name);
if(curEmp.next == null) {//说明curEmp已经是最后结点
break;//退出当前循环
}
curEmp = curEmp.next; //后移，遍历
}
System.out.println();
}

// 根据id查找雇员, 如果找到就返回Emp,如果没找到就返回null
public Emp findEmpById(int id){
// 判断链表是否为空
if (head==null){
System.out.println("链表为空");
return null;
}
// 如果链表不为空, 则进行链表的查找
// 首先创建一个辅助变量
Emp curEmp = head;
while (true){
if (curEmp.id==id){
break;
}
//如果到链表尾部还没有找到, 则将当前元素置为空并返回
if (curEmp.next==null){
curEmp = null;
break;
}
curEmp = curEmp.next;//后移
}
return curEmp;
}
}

/**
* 创建HashTab,管理多条链表
*/
class HashTab{
private EmpLinkedList[] empLinkedListArray;//存放多条链表
private int size;//表示有多少条链表

//构造器
public  HashTab(int size){
this.size = size;
// 初始化雇员链表数组
this.empLinkedListArray = new EmpLinkedList[size];
// ? 这时不要忘记初始化每个链表!!!
for (int i = 0; i < size; i++) {
empLinkedListArray[i] = new EmpLinkedList();//size为几就初始化几条数组
}
}

// 编写散列函数, 适用于简单取模
public int hashFun(int id){
return id % size;
}

//添加雇员
public void add(Emp emp){
// 根据员工id,查询到员工应该添加到哪个链表
int empLinkedNo = hashFun(emp.id);
// 将emp添加到对应的链表中
empLinkedListArray[empLinkedNo].add(emp);
}

/**
* 删除雇员
*/
public void del(int no){
int empLinkedNo = hashFun(no);
empLinkedListArray[empLinkedNo].del(no);

}

// 遍历所有的链表, 通过遍历HashTab
public void list(){
for (int i = 0; i<size;i++) {
empLinkedListArray[i].list(i);
}
}

//根据输入的id,查找雇员
public void findEmpById(int id) {
//使用散列函数确定到哪条链表查找
int empLinkedListNO = hashFun(id);
// 根据id查询数据在那条链表
Emp emp = empLinkedListArray[empLinkedListNO].findEmpById(id);
if(emp != null) {//找到
System.out.printf("在第%d条链表中找到 雇员 id = %d\n", (empLinkedListNO + 1), id);
}else{
System.out.println("在哈希表中，没有找到该雇员~");
}
}

}

在测试代码时,在main()方法中编写一个界面来测试

public static void main(String[] args) {
//创建哈希表
HashTab hashTab = new HashTab(7);

//写一个简单的菜单
String key = "";
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while(true) {
System.out.println("add:  添加雇员");
System.out.println("list: 显示雇员");
System.out.println("find: 查找雇员");
System.out.println("del: 删除");
System.out.println("exit: 退出系统");

key = scanner.next();
switch (key) {
case "add":
System.out.println("输入id");
int id = scanner.nextInt();
System.out.println("输入名字");
String name = scanner.next();
//创建 雇员
Emp emp = new Emp(id, name);
hashTab.add(emp);
break;
case "list":
hashTab.list();
break;
case "find":
System.out.println("请输入要查找的id");
id = scanner.nextInt();
hashTab.findEmpById(id);
break;
case "del":
System.out.println("请输入要删除的id");
id = scanner.nextInt();
hashTab.del(id);
break;
case "exit":
scanner.close();
System.exit(0);
default:
break;
}
}
}
}