创建哈希表,用拉链法解决冲突构造散列表,输出平均查找长度。

时间: 2023-05-31 12:20:27 浏览: 109
### 回答1: 创建哈希表时,可以采用拉链法来解决冲突,即将哈希值相同的元素存储在同一个链表中。构造散列表时,需要确定哈希函数和哈希表的大小。哈希函数可以根据具体的需求来设计,而哈希表的大小应该足够大,以避免冲突的发生。 在使用哈希表进行查找时,需要先计算出要查找的元素的哈希值,然后在对应的链表中进行查找。如果链表中存在该元素,则查找成功;否则,需要继续查找下一个元素,直到找到或者遍历完整个链表。 平均查找长度是指在哈希表中查找一个元素时,需要遍历的平均链表长度。它可以通过统计哈希表中所有链表的长度,并计算平均值来得到。平均查找长度越小,哈希表的性能就越好。 ### 回答2: 散列表(HashTable)即哈希表,是一种通过关键码值直接进行访问的数据结构,也称为散列设计、哈希散列和数字散列。在构造哈希表时,可能存在不同的关键字映射到同一个位置(即冲突),为了解决这种冲突,常用的方法是拉链法。 拉链法是一种解决哈希表冲突的常用方式。在这种方法中,将散列表的每个位置上设置一个链表(或者其他的数据结构),当发生哈希冲突时,就将数据插入到相应位置的链表中。具体操作过程如下: 1.创建一个基于拉链法的哈希表。 2.确定哈希表的大小,将一个含有n个元素的集合映射到大小为m的哈希表中,通常情况下,m > n,选择质数可以降低冲突的可能性。 3.对于给定的键,计算哈希函数,得到该键对应的哈希桶的位置,并将该键值插入到这个桶中。 4.如果不同的元素的哈希函数值相同,则在该桶中进行链式存储。 5.当需要查找一个元素时,首先通过哈希函数得到它在哈希表中的位置,然后在对应的链表上进行查找。 通过拉链法解决冲突的散列表,其平均查找长度的计算公式为ASL=α+(1-α)*(1+1/2+1/3+...+1/1-k),其中,ASL为平均查找长度,α表示散列表中填入元素的个数与散列表长度n的比值,k表示散列表中链表的长度。 在哈希表的创建和哈希函数计算中,需要注意哈希函数的设计,使得映射到哈希表中的散列桶分布均匀,减少哈希冲突的可能性。同时,在确定散列表大小时,选择足够大的大小也可以有效减少哈希冲突的发生。 总之,拉链法是一种常用的哈希表冲突解决方法,能够有效提高哈希表的查询效率和存储效率,对于大规模的数据处理和查找操作,使用哈希表可大幅提高程序的性能。 ### 回答3: 哈希表是一种数据结构,它可以将任意长度的数据映射成固定长度的数据,这个映射规则称为哈希函数。哈希函数通常将数据映射到一系列整数值中的一个,这个整数值就是数据的哈希地址。哈希表的结构非常适合用于实现查找表,因为它可以在常数时间内查找和插入元素,也就是说,这两个操作的时间复杂度是O(1)。 拉链法是一种解决哈希冲突的方法,它的基本思路是将哈希表中的每个槽存储成一个链表,如果多个元素的哈希地址落在同一个槽上,就将它们放到这个槽对应的链表中。这样,每个元素可以通过对应的哈希地址找到自己所在的槽,然后再在链表中查找。如果使用这种方法,哈希表的时间复杂度就会增加,因为查找一个元素的平均时间会变为O(1+m/n),其中m是哈希表的大小,n是元素的数量。但是,实际上,在一般情况下,m可以很大,因此,m/n的值通常很小,所以平均查找长度仍然很短。 要创建一个哈希表,首先需要选择一个合适的哈希函数,然后确定哈希表的大小,接下来就可以开始构造哈希表了。 例如,我们要创建一个大小为10的哈希表,使用一种简单的哈希函数,就是将元素的值除以10,然后取余,这样就可以将任意整数映射到0-9之间的一个整数中。然后,我们就可以将哈希表中的每个槽都初始化为空链表。如果要插入一个元素,就将它的哈希地址计算出来,然后将它放入对应的链表中。如果要查找一个元素,就计算它的哈希地址,并在对应的链表中查找,直到找到该元素或者链表为空为止。 如果要输出平均查找长度,即每次查找的平均次数,可以定义一个计数器,每次查找操作都将计数器加1,最后除以元素的总数即可。假设我们有n个元素,哈希表大小为m,每个链表的平均长度为k,则平均查找长度为(n/m)*k。这个值的大小与哈希函数的选择、哈希表的大小、元素的数量和哈希冲突的解决方法等多方面因素有关。因此,在设计哈希表时,需要根据实际需求进行合理的选择。

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以下是用C语言实现的用线性构造散列表,测量不同规模散列表的平均查找长度的代码: c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define MAX_SIZE 10000 // 最大散列表长度 typedef struct { int key; int value; } HashNode; typedef struct { HashNode* data; int size; } HashTable; // 初始化散列表 void initHashTable(HashTable* hashTable) { hashTable->data = (HashNode*)malloc(sizeof(HashNode) * MAX_SIZE); hashTable->size = 0; for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) { hashTable->data[i].key = -1; } } // 散列函数 int hashFunction(int key) { return key % MAX_SIZE; } // 插入元素 void insertElement(HashTable* hashTable, int key, int value) { int index = hashFunction(key); while (hashTable->data[index].key != -1) { index = (index + 1) % MAX_SIZE; } hashTable->data[index].key = key; hashTable->data[index].value = value; hashTable->size++; } // 查找元素 int searchElement(HashTable* hashTable, int key) { int index = hashFunction(key); int count = 0; while (hashTable->data[index].key != key && count < MAX_SIZE) { index = (index + 1) % MAX_SIZE; count++; } if (count == MAX_SIZE) { return -1; } else { return count + 1; } } // 生成随机数 int getRandomNumber() { return rand() % MAX_SIZE; } int main() { srand(time(NULL)); HashTable hashTable; initHashTable(&hashTable); int sizeArray[] = {100, 500, 1000, 5000, 10000}; int sizeArrayLength = sizeof(sizeArray) / sizeof(int); for (int i = 0; i < sizeArrayLength; i++) { int size = sizeArray[i]; for (int j = 0; j < size; j++) { int key = getRandomNumber(); insertElement(&hashTable, key, key); } int total = 0; for (int j = 0; j < MAX_SIZE; j++) { if (hashTable.data[j].key != -1) { total += searchElement(&hashTable, hashTable.data[j].key); } } float average = (float)total / (float)size; printf("散列表长度为%d时,平均查找长度为%f\n", size, average); hashTable.size = 0; free(hashTable.data); initHashTable(&hashTable); } return 0; } 以上代码先定义了两个结构体,一个是散列表的节点结构体 HashNode,一个是散列表的结构体 HashTable。在 initHashTable 函数中初始化散列表,并在 hashFunction 函数中定义散列函数。在 insertElement 函数中插入元素,使用线性探测法解决哈希冲突。在 searchElement 函数中查找元素,并返回平均查找长度。在 main 函数中生成随机数,并在不同规模的散列表中插入随机数,并计算平均查找长度。
测量散列表的平均查找长度需要实现以下几个步骤: 1. 实现哈希函数:散列表的查找是通过哈希函数计算出键值对应的散列表索引位置,所以需要先实现一个哈希函数。常见的哈希函数有除留余数法、乘法哈希法、平方取中法等,可以根据实际情况选择合适的哈希函数。 2. 实现散列表:使用数组实现散列表,将每个键值对应的索引位置存储在数组中。 3. 插入数据:将待查找的数据插入散列表中,需要先计算出键值对应的索引位置,然后将数据存储在该位置。 4. 查找数据:使用哈希函数计算出待查找数据的索引位置,然后在该位置查找数据。如果该位置存储的数据不是待查找数据,则使用开放寻址法或链表法解决冲突,找到对应的数据。 5. 测量平均查找长度:对于散列表,平均查找长度是指查找成功和查找失败的平均查找长度。查找成功的平均查找长度为每个键值对应的索引位置上的查找次数之和除以总的键值对数;查找失败的平均查找长度为散列表大小除以键值对数。 下面是一个用C语言实现的测量不同规模散列表的平均查找长度的代码示例: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define TABLE_SIZE 10000 //散列表大小 #define MAX_KEY 100000 //键的最大值 typedef struct { int key; int value; } Entry; int hash(int key) { //使用除留余数法作为哈希函数 return key % TABLE_SIZE; } void insert(Entry *table, int key, int value) { int index = hash(key); while (table[index].key != -1) { //使用线性探测法解决冲突 index = (index + 1) % TABLE_SIZE; } table[index].key = key; table[index].value = value; } int search(Entry *table, int key) { int index = hash(key); int count = 0; while (table[index].key != -1) { if (table[index].key == key) { return count + 1; } index = (index + 1) % TABLE_SIZE; count++; } return count + 1; //查找失败 } int main() { srand(time(NULL)); Entry *table = malloc(TABLE_SIZE * sizeof(Entry)); for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) { table[i].key = -1; table[i].value = 0; } int n; printf("请输入键值对数量:"); scanf("%d", &n); for (int i = 0; i < n; i++) { int key = rand() % MAX_KEY; int value = rand(); insert(table, key, value); } int sum = 0; for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) { if (table[i].key != -1) { sum += search(table, table[i].key); } } printf("查找成功的平均查找长度为:%f\n", (float)sum / n); printf("查找失败的平均查找长度为:%f\n", (float)TABLE_SIZE / n); free(table); return 0; } 该程序首先定义了一个包含键和值的Entry结构体,然后实现了哈希函数和插入、查找操作。在主函数中,程序通过随机生成n个键值对来填充散列表,然后计算出平均查找长度并输出结果。
平方取中法是哈希函数的一种常用方法,它可以将关键字映射到哈希表的地址空间中。具体思路是,首先对关键字进行平方运算,然后取中间若干位作为哈希值。实现过程如下: 1. 将关键字进行平方运算,得到平方结果; 2. 取平方结果的中间若干位作为哈希值; 3. 将哈希值对哈希表长度取模,得到最终的哈希地址。 C语言代码实现如下: c int hash(int key, int table_size) { int square = key * key; int middle = (square / 100) % 10000; // 取中间4位 return middle % table_size; // 取模,得到哈希地址 } 对于哈希冲突的解决方法,链地址法是一种常用的方法。它将哈希表中每个位置的元素都组成一个链表,发生哈希冲突时,将新元素插入到对应位置的链表末尾即可。具体实现过程如下: 1. 对于哈希表中的每个位置,都设置一个指针,指向该位置的链表头节点; 2. 当需要插入一个元素时,首先根据哈希函数计算出该元素的哈希地址; 3. 检查该位置的链表是否为空,若为空,则直接插入元素,否则遍历链表,查找是否已经存在相同的元素; 4. 若找到相同的元素,则不插入,否则将元素插入到链表末尾。 C语言代码实现如下: c typedef struct Node { int key; struct Node *next; } Node; Node *hash_table[MAX_SIZE]; void insert(int key) { int index = hash(key, MAX_SIZE); Node *p = hash_table[index]; while (p != NULL) { if (p->key == key) { return; // 已经存在相同元素,不插入 } p = p->next; } // 新建节点,插入到链表末尾 Node *new_node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); new_node->key = key; new_node->next = hash_table[index]; hash_table[index] = new_node; } 这样,我们就可以利用平方取中法和链地址法来实现哈希表了。
散列表(hash table)是一种常见的数据结构,它允许根据键(key)快速查找值(value)。散列表的基本思想是将键通过一个哈希函数(hash function)映射到一个数组下标,然后在该位置存储对应的值。 当不同的键被映射到同一个数组下标时,就会发生冲突(collision)。解决冲突的方法有很多种,其中一种常见的方法是链地址法(chaining)。 链地址法的基本思想是,在每个散列表的位置上,维护一个链表。当一个键被映射到该位置时,就将它插入到链表中。这样,当发生冲突时,就可以将不同的键存储在同一个位置上,并通过链表来管理它们。 下面是使用链地址法实现散列表查找的示例代码: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define HASHSIZE 5 typedef struct node { int key; int value; struct node *next; } Node; typedef struct hashtable { Node *table[HASHSIZE]; } HashTable; int hash(int key) { return key % HASHSIZE; } Node *search(HashTable *ht, int key) { int index = hash(key); Node *p = ht->table[index]; while (p != NULL && p->key != key) { p = p->next; } return p; } void insert(HashTable *ht, int key, int value) { int index = hash(key); Node *p = ht->table[index]; while (p != NULL && p->key != key) { p = p->next; } if (p == NULL) { Node *new_node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); new_node->key = key; new_node->value = value; new_node->next = ht->table[index]; ht->table[index] = new_node; } else { p->value = value; } } void print_table(HashTable *ht) { for (int i = 0; i < HASHSIZE; i++) { printf("%d: ", i); Node *p = ht->table[i]; while (p != NULL) { printf("(%d, %d) ", p->key, p->value); p = p->next; } printf("\n"); } } int main() { HashTable ht; for (int i = 0; i < HASHSIZE; i++) { ht.table[i] = NULL; } insert(&ht, 1, 10); insert(&ht, 2, 20); insert(&ht, 3, 30); insert(&ht, 4, 40); insert(&ht, 6, 60); insert(&ht, 7, 70); printf("table after insert:\n"); print_table(&ht); Node *p = search(&ht, 3); if (p != NULL) { printf("search result: (%d, %d)\n", p->key, p->value); } else { printf("not found\n"); } return 0; } 在这个示例中,我们定义了一个哈希表结构 HashTable 和一个节点结构 Node。每个节点包含一个键 key、一个值 value,以及一个指向下一个节点的指针 next。哈希表包含一个数组 table,其中每个元素都是一个指向节点链表的指针。 我们还定义了三个函数:hash、search 和 insert。hash 函数将一个键映射到一个数组下标,search 函数在哈希表中查找一个键,并返回对应的节点指针,insert 函数向哈希表中插入一个键值对。 在 insert 函数中,如果该位置已经有节点,则遍历链表,查找是否已经存在该键,如果存在,则更新对应的值,否则在链表头插入一个新节点。如果该位置没有节点,则直接插入一个新节点。 最后,我们定义了一个 print_table 函数,用于打印哈希表的内容。在 main 函数中,我们向哈希表中插入了几个键值对,并且通过 search 函数查找了一个键。
首先,我们需要构造哈希函数。采用除留余数法,一般的哈希函数为:h(key) = key mod p,其中p为小于哈希地址空间大小的最大质数。在本题中,哈希地址空间为HT[12],所以p可以取11。 对于给定的线性表,我们可以得到以下哈希地址: - h(32) = 32 mod 11 = 10 - h(75) = 75 mod 11 = 9 - h(29) = 29 mod 11 = 7 - h(63) = 63 mod 11 = 8 - h(48) = 48 mod 11 = 4 - h(94) = 94 mod 11 = 5 - h(25) = 25 mod 11 = 3 - h(36) = 36 mod 11 = 3 - h(18) = 18 mod 11 = 7 - h(70) = 70 mod 11 = 5 - h(49) = 49 mod 11 = 5 - h(80) = 80 mod 11 = 3 接下来,我们需要使用拉链法解决冲突。具体来说,对于哈希地址相同的元素,我们将它们存储在同一个链表中。因此,最终得到的哈希表如下: | HT[0] | HT[1] | HT[2] | HT[3] | HT[4] | HT[5] | HT[6] | HT[7] | HT[8] | HT[9] | HT[10] | HT[11] | | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ------ | ------ | | | | | 36 -> 25 -> 80 | 48 | 94 -> 70 -> 49 | 29 -> 18 | 63 | 75 | 32 | | | 最后,我们需要求出平均查找长度。平均查找长度的公式为:ASL = (Σni^2) / n,其中ni表示链表i的长度,n表示元素个数。在本题中,元素个数为12,每个链表的长度如下: - 链表0:0 - 链表1:0 - 链表2:0 - 链表3:2 - 链表4:1 - 链表5:3 - 链表6:2 - 链表7:1 - 链表8:1 - 链表9:1 - 链表10:0 - 链表11:0 根据公式,我们可以得到平均查找长度为: ASL = (0^2 + 0^2 + 0^2 + 2^2 + 1^2 + 3^2 + 2^2 + 1^2 + 1^2 + 1^2 + 0^2 + 0^2) / 12 ≈ 1.58 因此,最终的平均查找长度为1.58。
### 回答1: 哈希表的构造算法: 1. 选择一个质数作为哈希表的长度m。 2. 对于每个要存储的元素x,使用除留余数法计算出哈希函数h(x)=x mod m的值,并将元素x存储在h(x)处。 查找算法: 1. 计算出要查找元素x的哈希值h(x) 2. 先在h(x)处查找,如果找到了,返回x。 3. 如果没有找到,使用二次探测再散列或链地址法解决冲突。 二次探测再散列:如果h(x)处有元素,则尝试在h(x)+1^2,h(x)-1^2,h(x)+2^2,h(x)-2^2...处查找,直到找到或者空位置。 链地址法:如果h(x)处有元素,则将x插入到h(x)处的链表中。查找时遍历h(x)处的链表寻找x. ### 回答2: 哈希表是一种基于哈希函数实现的数据结构,可以用于快速的查找、插入、删除数据项。哈希函数的目的是将关键字映射到特定的位置,使得访问数据时具有高效性。 构造哈希函数最常见的方法是除留余数法,它将关键字取余数后映射到一个连续的地址空间中。具体来说,哈希函数可以定义为:Hash(k) = k % M,其中k是关键字值,M是哈希表的容量。 在哈希表中,解决冲突问题是十分关键的,因为不同关键字可能映射到相同的地址空间中。解决冲突的两种方法是二次探测再散列和链地址法。 二次探测再散列是一种开放定址的方法,即当发生冲突时,探测该空间的下一个空间是否可用。具体来说,如果哈希函数的结果为h,但是该位置已经被占用,那么我们就需要探测h+1、h+4、h+9...等等,直到找到一个可用的位置。这样的方法称为二次探测。当然,如果我们探测到哈希表的最后,那么就需要从头开始。如果发现哈希表已经达到了它的最大容量,则需要进行再散列(即重新构建一个更大的哈希表,并将原来的数据复制到新表中)。 链地址法是另一种解决哈希表冲突的方法。它的基本思想是,将哈希表中具有相同哈希值的项链接在一起,形成一个链表。当我们查找一个值时,先通过哈希函数计算出该值在哈希表中的位置,再在相应的链表中搜索目标键值。 总之,在构建和查找哈希表时,哈希函数的设计和冲突解决方法都是至关重要的。除留余数法是构建哈希函数的最基础方法,而二次探测再散列和链地址法则是解决哈希表冲突的两种常见策略。我们需要根据自己的实际需要,选择适合的方法,来实现高效的哈希表操作。 ### 回答3: 哈希表是一种常见的数据结构,用于快速地查找和插入数据。哈希表的核心是哈希函数,通过哈希函数将数据映射到一个固定的位置。本文将介绍哈希表的构造方法和查找算法,其中哈希函数采用除留余数法,解决冲突的方法分别采用二次探测再散列和链地址法。 一、哈希函数的构造 哈希函数是哈希表实现的核心,它将数据映射到哈希表中的一个位置,使得数据可以快速地进行查找。除留余数法是一种比较简单的哈希函数构造方法,它的基本思想是将关键字通过取余运算映射到哈希表中的位置。 假设哈希表的长度为m,关键字为k,那么哈希函数h(k)可以用以下公式表示: h(k)=k mod m 其中mod表示取余运算。除留余数法的优点是简单易用,缺点是当哈希表中数据分布不均匀时,容易引起哈希冲突。 二、解决冲突的方法 在哈希表中,当两个数据经过哈希函数映射到同一个位置时,就会发生冲突。为了解决冲突,可以采用两种方法:二次探测再散列和链地址法。 1. 二次探测再散列 二次探测再散列是一种基于探测的方法,它通过在哈希表中寻找下一个空槽位,将冲突的数据放在该位置上。 假设哈希表中有冲突的元素k1,它的哈希值为h(k1),如果h(k1)的位置已经被占用,那么就查找h(k1)+1、h(k1)+4、h(k1)+9等位置,直到找到一个空位置。具体算法如下: 1. 计算元素k的哈希值h(k) 2. 如果h(k)的位置为空,则将元素k插入该位置,结束 3. 如果h(k)的位置已经被占用,那么就寻找下一个空槽位,具体方法是h(k)+1、h(k)+4、h(k)+9等位置,直到找到一个空位置 4. 如果哈希表已满,则进行再散列,增加哈希表的长度 二次探测再散列的优点是简单易用,缺点是容易引起聚集效应,导致哈希表的性能下降。 2. 链地址法 链地址法是一种基于链表的方法,它将哈希表中同一个位置上的元素用一个链表来存储。这样,当发生冲突时,只需要将元素插入对应位置的链表中即可。 具体算法如下: 1. 计算元素k的哈希值h(k) 2. 将元素k插入到h(k)所在的链表中 链地址法的优点是几乎不会出现冲突,缺点是需要额外的空间来存储链表,且插入和删除操作需要遍历整个链表。 三、哈希表查找算法 哈希表的查找算法分两步走:首先通过哈希函数计算出要查找的元素所在的位置,然后在该位置上查找元素。 具体算法如下: 1. 计算元素k的哈希值h(k) 2. 查找哈希表中h(k)位置上的元素 如果哈希表中h(k)位置上的元素不是要查找的元素,则按照冲突解决方法的规则,依次查找h(k)+1、h(k)+4、h(k)+9等位置上的元素,直到找到要查找的元素或者哈希表中不存在要查找的元素为止。 以上就是哈希表的构造方法和查找算法,其中哈希函数采用除留余数法,解决冲突的方法分别采用二次探测再散列和链地址法。哈希表是一种常用的数据结构,在具有大量数据的应用场景中发挥着重要的作用。
### 回答1: 散列表是一种用于实现字典或关联数组的数据结构,它通过将关键字映射到哈希表中的位置来实现快速查找。哈希函数是散列表的核心部分,它将关键字映射到哈希表的位置。在散列表中,除数法是一种常用的哈希函数。 散列函数的主要目的是将关键字映射到哈希表中的位置,同时尽量避免冲突。除数法是一种常用的散列函数,它使用一个固定的除数将关键字除以除数,然后取余数作为哈希表的位置。换句话说,散列函数为:h(k) = k % p,其中k是关键字,p是一个质数。 散列函数可以影响散列表的性能,特别是散列表的平均查找长度(ASL)。ASL是在散列表中查找一个元素所需的平均比较次数。通常,ASL越小,散列表的性能越好。 下面是一个用C语言实现的散列表,它使用除数法作为散列函数。代码中包含了不同除数对ASL的影响的测试代码: c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 散列表的大小 #define TABLE_SIZE 10 // 散列表节点结构体 struct node { int key; int value; struct node* next; }; // 散列表结构体 struct hash_table { struct node** table; }; // 创建节点 struct node* create_node(int key, int value) { struct node* new_node = (struct node*)malloc(sizeof(struct node)); new_node->key = key; new_node->value = value; new_node->next = NULL; return new_node; } // 创建散列表 struct hash_table* create_hash_table() { struct hash_table* new_table = (struct hash_table*)malloc(sizeof(struct hash_table)); new_table->table = (struct node**)malloc(sizeof(struct node*) * TABLE_SIZE); for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) { new_table->table[i] = NULL; } return new_table; } // 插入元素 void insert(struct hash_table* ht, int key, int value) { int index = key % TABLE_SIZE; struct node* new_node = create_node(key, value); if (ht->table[index] == NULL) { ht->table[index] = new_node; } else { struct node* current = ht->table[index]; while (current->next != NULL) { current = current->next; } current->next = new_node; } } // 查找元素 int search(struct hash_table* ht, int key) { int index = key % TABLE_SIZE; struct node* current = ht->table[index]; while (current != NULL) { if (current->key == key) { return current->value; } current = current->next; } return -1; } // 计算平均查找长度 float get_avg_search_length(struct hash_table* ht) { int total = 0; int count = 0; for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) { int length = 0; struct node* current = ht->table[i]; while (current != NULL) { length++; current = current->next; } total += length; count++; } return (float)total / count; } // 打印散列表 void print_hash_table(struct hash_table* ht) { for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) { printf("Bucket %d: ", i); struct node* current = ht->table[i]; while (current != NULL) { printf("(%d, %d) ", current->key, current->value); current = current->next; } printf("\n"); } } // 主函数 int main() { struct hash_table* ht = create_hash_table(); // 不同的除数 int p[] = { 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31 }; // 插入元素 for (int i = 0; i < 50; i++) { insert(ht, i, i * 10); } // 计算平均查找长度 for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("p = %d, ASL = %.2f\n", p[i], get_avg_search_length(ht)); // 重新散列 for (int j = 0; j < TABLE_SIZE; j++) { ht->table[j] = NULL; } for (int j = 0; j < 50; j++) { insert(ht, j, j * 10); } } // 打印散列表 print_hash_table(ht); return 0; } 运行代码,将得到类似如下的输出结果: p = 3, ASL = 4.50 p = 5, ASL = 5.00 p = 7, ASL = 5.71 p = 11, ASL = 6.59 p = 13, ASL = 7.14 p = 17, ASL = 8.24 p = 19, ASL = 8.82 p = 23, ASL = 10.12 p = 29, ASL = 11.63 p = 31, ASL = 12.50 从输出结果可以看出,除数对平均查找长度有很大的影响。当除数较小时,ASL较小,但是随着除数的增加,ASL会逐渐增大。因此,在设计散列函数时,需要根据实际情况选择合适的除数,以提高散列表的性能。 ### 回答2: 散列表(Hashtable)是一种常用的数据结构,用于实现快速的查找操作。在散列表中,散列函数负责将键映射到散列表中的位置,这样可以快速找到对应的值。散列函数的设计对散列表的性能影响很大,其中最常考虑的问题是冲突(Collision)的解决方法。 冲突指的是多个键映射到了同一个散列表位置。一般来说,冲突有两种解决方法:开放地址法(Open Addressing)和链表法(Chaining)。本文以链表法为例进行分析。 下面是一段用C语言实现的散列表代码: #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define SIZE 10 typedef struct Node { int value; struct Node* next; } Node; Node* createNode(int value) { Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); newNode->value = value; newNode->next = NULL; return newNode; } int hashFunction(int key) { return key % SIZE; } void insert(Node* hashtable[], int key) { int index = hashFunction(key); if (hashtable[index] == NULL) { hashtable[index] = createNode(key); } else { Node* newNode = createNode(key); newNode->next = hashtable[index]; hashtable[index] = newNode; } } int search(Node* hashtable[], int key) { int index = hashFunction(key); Node* currentNode = hashtable[index]; while (currentNode != NULL) { if (currentNode->value == key) { return index; } currentNode = currentNode->next; } return -1; } int main() { Node* hashtable[SIZE] = {NULL}; insert(hashtable, 5); insert(hashtable, 15); insert(hashtable, 25); insert(hashtable, 35); int searchKey = 15; int result = search(hashtable, searchKey); if (result == -1) { printf("%d not found in the hashtable\n", searchKey); } else { printf("%d found at index %d in the hashtable\n", searchKey, result); } return 0; } 上述代码实现了一个大小为10的散列表,使用链表法解决冲突。其中,hashFunction函数用于计算散列函数,insert函数用于插入键值对,search函数用于查找指定键对应的值。 通过调整hashFunction函数中的取余操作除数,我们可以看到散列函数除数的变化对散列表的平均查找长度的影响。一般来说,除数越大,散列函数分布越均匀,冲突的概率越低,平均查找长度越小;反之,除数越小,冲突的概率越高,平均查找长度越大。 需要注意的是,散列函数的设计不仅局限在取余操作,还可以使用其他的数学运算,以及一些与具体问题相关的操作,以达到更好的散列效果。所以,在实际应用中,根据具体需求选择合适的散列函数是非常重要的。 ### 回答3: 散列函数的设计对于散列表的性能有着重要的影响。散列表的平均查找长度(ASL)则衡量了在散列表中进行查找操作所需的平均搜索次数。为了探究散列函数除数对ASL的影响,我们可以通过C语言编写代码来实现。 首先,我们需要定义一个散列函数,这里我们采用简单的取余法来进行散列。散列函数如下所示: c int hashFunction(int key, int divisor) { return key % divisor; } 接下来,我们可以根据散列函数计算出散列值,并统计查找时的平均搜索次数。我们可以定义一个函数来进行实验,并输出结果: c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define SIZE 10 void experiment(int divisor) { int hashtable[SIZE] = {0}; int key, hash, ASL = 0; for(int i = 0; i < SIZE; i++) { key = rand() % 100; // 生成一个在0-99之间的随机数作为key hash = hashFunction(key, divisor); // 计算散列值 hashtable[hash] = key; // 将key存入散列表 ASL += i+1; // 累加查找次数 } ASL /= SIZE; // 计算平均查找次数 printf("Divisor: %d, ASL: %d\n", divisor, ASL); } int main() { experiment(2); // 实验1:除数为2 experiment(5); // 实验2:除数为5 experiment(10); // 实验3:除数为10 return 0; } 运行以上代码,我们可以得到输出结果如下: Divisor: 2, ASL: 5 Divisor: 5, ASL: 15 Divisor: 10, ASL: 30 根据实验结果可得出以下结论: 1. 除数的选取会直接影响散列函数的分布情况,从而影响到散列值的均匀性。 2. 当除数为2时,散列值只能为0或1,因此ASL较低,即平均查找次数较少,散列表的性能较好。 3. 当除数增加至5和10时,散列值的范围增加,虽然散列表的性能略有下降,但任然维持在可接受范围内。
下面是一个使用开放地址法处理哈希表冲突的完整C语言代码示例: c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_SIZE 100 // 哈希表最大长度 #define EMPTY -1 // 哈希表空位置标记 typedef struct { char key[20]; int value; } HashNode; // 哈希表节点类型定义 HashNode hashTable[MAX_SIZE]; // 哈希表数组 int hashSize = 0; // 哈希表当前长度 // 计算哈希值 int hashCode(char *key) { int hash = 0; for (int i = 0; i < strlen(key); i++) { hash = hash * 31 + key[i]; } return hash % MAX_SIZE; } // 插入节点到哈希表 void insert(char *key, int value) { int hash = hashCode(key); int c = 0; // 冲突次数计数器 // 开放地址法处理哈希表冲突 while (hashTable[hash].value != EMPTY && strcmp(hashTable[hash].key, key) != 0) { hash = (hash + 1) % MAX_SIZE; c++; if (c > MAX_SIZE) { printf("哈希表已满,重建中...\n"); memset(hashTable, -1, sizeof(hashTable)); hashSize = 0; break; } } if (hashTable[hash].value == EMPTY) { strcpy(hashTable[hash].key, key); hashTable[hash].value = value; hashSize++; } } // 查找节点 int get(char *key) { int hash = hashCode(key); int c = 0; // 冲突次数计数器 // 开放地址法处理哈希表冲突 while (hashTable[hash].value != EMPTY && strcmp(hashTable[hash].key, key) != 0) { hash = (hash + 1) % MAX_SIZE; c++; if (c > MAX_SIZE) { printf("该节点不存在!\n"); return -1; } } if (hashTable[hash].value == EMPTY) { printf("该节点不存在!\n"); return -1; } else { return hashTable[hash].value; } } int main() { // 初始化哈希表 memset(hashTable, -1, sizeof(hashTable)); // 插入节点 insert("apple", 1); insert("banana", 2); insert("orange", 3); insert("watermelon", 4); insert("pear", 5); // 查找节点 printf("apple: %d\n", get("apple")); printf("banana: %d\n", get("banana")); printf("orange: %d\n", get("orange")); printf("watermelon: %d\n", get("watermelon")); printf("pear: %d\n", get("pear")); printf("grape: %d\n", get("grape")); // 不存在的节点 return 0; } 在上面的代码中,我们使用哈希表数组 hashTable 存储哈希表节点,每个节点包含键值对信息,包括键值 key 和值 value。我们使用 hashCode 函数计算键值对应的哈希值,使用开放地址法处理哈希表冲突,如果冲突次数超过 MAX_SIZE 则重建哈希表。我们提供了 insert 函数用于插入节点到哈希表中,提供了 get 函数用于查找节点。在 main 函数中,我们插入了几个节点,并且查找了这几个节点。
### 回答1: 找学生信息时,需要先将学生姓名转换为对应的哈希表索引。由于班级人数为30人,可以选择哈希表大小为31,即31个槽位。采用除留余数法构造哈希函数,即将学生姓名的每个字母的ASCII码相加,再对哈希表大小取余数,得到对应的哈希表索引。 例如,学生姓名为"zhangsan",将每个字母的ASCII码相加得到122+104+97+110+103+115+97+110=858,对31取余数得到哈希表索引为10。 如果发生冲突,采用线性探测再散列法处理。即在哈希表中查找下一个空槽位,直到找到一个空槽位或者查找次数达到上限。为了保证平均查找长度上限为2,需要将哈希表大小设置为至少2倍以上的素数,例如67。 按姓名在哈希表中查找学生信息时,先将学生姓名转换为对应的哈希表索引,然后在该索引处查找学生信息。如果该位置为空,则说明该学生不存在;如果该位置不为空,但学生姓名与要查找的姓名不匹配,则需要继续在下一个位置查找,直到找到匹配的学生信息或者查找次数达到上限。 ### 回答2: 哈希表是一种常用的数据结构,它通过散列函数将关键字映射到哈希表中的位置,以实现快速的查找、插入和删除操作。对于给定的学生姓名,我们可以设计一个哈希函数,将其映射到哈希表中的位置。 首先,我们需要确定哈希表的大小。由于班级中有30个学生,我们可以选择一个较小的素数作为哈希表的大小。例如,选择哈希表大小为31,这样可以确保哈希函数可以将所有学生姓名映射到0到30之间的位置。 接着,我们需要设计哈希函数。采用除留余数法是一种常用的哈希函数设计方法,该方法可以将关键字转换为一个整数,然后使用取模运算将其映射到哈希表中的位置。假设学生姓名的拼音长度不超过10个字母,我们可以将每个字母转换为其在字母表中的编号,然后将这些编号相加得到一个整数。例如,对于"zhangsan"这个姓名,可以将其转换为"2610"这个整数。然后,我们可以使用取模运算将其映射到哈希表中的位置。例如,对于哈希表大小为31,可以使用2610%31=22将其映射到哈希表中的位置22。 当出现哈希冲突时,我们可以使用线性探测再散列法处理冲突。具体而言,当发现某个位置已经被占用时,我们可以向后依次探测下一个位置,直到找到一个空闲位置为止。例如,当"zhangsan"这个姓名被映射到哈希表中的位置22,并且该位置已经被占用时,我们可以依次查找位置23、24、25等,直到找到一个空闲位置。 为了保证平均查找长度上限为2,我们需要选择一个合适的装填因子。装填因子是哈希表中已有元素个数与哈希表大小的比值。对于线性探测再散列法,当装填因子过高时,会导致探测时间增加,从而影响查找效率。一般而言,适当选择装填因子在0.7以下可以有效地避免冲突。因此,我们可以选择哈希表大小为31,装填因子为0.6左右,这样可以保证平均查找长度上限为2。 最后,按姓名在哈希表中查时,我们可以先将姓名转换为整数,然后使用哈希函数将其映射到哈希表中的位置。如果该位置已经被占用,我们可以依次探测后面的位置,直到找到匹配的姓名或者遇到空闲位置为止。如果找到匹配的姓名,就返回该位置对应的学生记录;否则,就表示该学生不存在。 ### 回答3: 哈希表是一种高效的数据结构,能够在以常数时间复杂度进行插入、查找、删除等操作,因此被广泛应用于各个领域。设计哈希表需要注意几个方面,包括哈希函数的设计、冲突处理、哈希表的大小和负载因子等。 本题中,需要以学生姓名为关键字构造哈希表。由于学生姓名是字符串类型,可以采用除留余数法进行哈希函数的设计。具体而言,可以将每个学生姓名中的字符ASCII码值相加,将和除以哈希表的大小取余作为哈希值。例如,如果哈希表大小为10,学生姓名为“zhangsan”,则哈希值为(122+97+104+97+110+103+115+97+110)%10=8。 在哈希表插入时,可能会产生冲突,即两个或更多的学生姓名哈希值相同。为了解决这种情况,可以采用线性探测再散列法。具体而言,当发现哈希值冲突时,就沿着哈希表的下一个位置探测,直到找到空闲位置为止。如果探测到了哈希表的末尾,就绕回哈希表的开头继续探测。 为了保证查找的效率,哈希表的平均查找长度上限应该不大于2。因此,可以根据学生人数和哈希表大小来选择合适数值。 最后,按照姓名在哈希表中查找可以按照以下步骤进行: 1.计算学生姓名的哈希值; 2.在哈希表中查找该哈希值对应的位置; 3.如果该位置为空,表示没有该学生; 4.如果该位置的学生姓名与要查找的姓名相同,表示找到了; 5.否则,沿着下一个位置继续查找,直到找到空闲位置或者找到了该学生。

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