技術標籤：演算法與資料結構雜湊表連結串列資料結構java

一、雜湊表概述

散列表（Hash table， 也叫雜湊表），是根據關鍵碼 - 值(Key - value)而直接進行訪問的資料結構。 也就是說， 它通過把關鍵碼 - 值對映到表中一個位置來訪問記錄， 以加快查詢的速度。這個對映的函式叫做雜湊函式，存放記錄的陣列叫做散列表。

其實把雜湊表看做是字典來理解雜湊表就很容易明白了，我們通過關鍵碼即可快速定位關鍵值。顯而易見雜湊表有一個很大的優點就是查詢資料的速度快。

如下所示就是一個典型的雜湊表：

雜湊表是陣列和連結串列的結合體，上圖的雜湊表左邊是一個數組，右邊是連結串列，即陣列中的每個元素都是一個連結串列。一個新的結點具體新增到哪個連結串列中是由對映關係來決定的。同樣，我們如果想要查詢某個結點，只需要通對結點的關鍵碼進行對映關係運算，計算出在陣列的第幾個元素（即哪個連結串列），然後遍歷連結串列比對關鍵碼即可得出結果。

從典型的雜湊表結構中，我們可以得出這樣的結論：本質上雜湊表是一個元素為連結串列的陣列。

二、雜湊表的程式碼實現

下面以 google 的一個上機題為例來做程式碼實現。

【案例描述】

有一個公司，當有新的員工來報道時，要求將該員工的資訊加入(id、名字、…)，當輸入該員工的 id 時，要求查詢到該員工的所有資訊。要求不使用資料庫，速度越快越好。

【思路分析】

要求不使用資料庫，而且是通過員工 id 來查詢員工的所有資訊，很明顯可以使用雜湊表來解決。

在本例中，員工的 id 是關鍵碼，我們可以對員工的 id 取餘來作為到連結串列的對映。假設陣列的長度是 5，比如 id 取餘 5 等於 0 的員工都存放到第一個連結串列中（如 5、15…）、再比如 id 取餘5 等於 2 的都存放到第 3 個連結串列中（如 2、7、12…）。其實現程式碼如下：

// 模擬獲取雜湊值，該值決定結點要存放到陣列的第幾個連結串列
public int hashFun(int id){
    return id % size;
}

本案例中要實現一個雜湊表，需要三個類：一個類作為結點類存放僱員的個人資訊、一個類作為連結串列類，用於記錄相同餘數的僱員結點、一個類作為雜湊表類。通過雜湊表類可以實現對任意結點（也即員工）進行增刪改查，而增刪改查的具體操作也就是對結點的具體操作，則是要通過連結串列類來實現。

【程式碼實現】

本案例完整的雜湊表程式碼實現如下：

public class No1_HashTable {
    public static void main
 
(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        MyHashTable hashTable = new MyHashTable(6);	// 建立雜湊表

        while (true){
            System.out.println();
            System.out.println("(add)新增僱員");
            System.out.println("(ser)查詢僱員");
            System.out.println("(lis)顯示僱員");
            System.out.println("(del)刪除僱員");
            System.out.println("(ext)退出");
            System.out.print("請輸入選項：");

            String choice = input.nextLine();
            switch (choice){
                case "add":	// 新增
                    System.out.print("請輸入ID：");
                    int id = Integer.parseInt(input.nextLine());
                    System.out.print("請輸入姓名：");
                    String name = input.nextLine();
                    hashTable.addEmp(new Employee(id, name));
                    break;
                case "ser":	// 查詢
                    System.out.print("請輸入要查詢ID：");
                    hashTable.findById(Integer.parseInt(input.nextLine()));
                    break;
                case "lis":	// 顯示
                    hashTable.list();
                    break;
                case "del":	// 刪除
                    System.out.print("請輸入要刪除ID：");
                    hashTable.deleteById(Integer.parseInt(input.nextLine()));
                    break;
                case "ext":	// 退出
                    break;
                    default:
                        System.out.println("輸入有誤！");
            }
        }
    }
}

/**
 * 定義一個雜湊表
 */
class MyHashTable{
    private int size;
    private EmployeeLinkedList[] empList;

    public MyHashTable(int maxSize){
        size = maxSize;
        empList = new EmployeeLinkedList[maxSize];
        for (int i=0; i<maxSize; i++){   // 陣列中存放的不是基本型別時，必須初始化陣列
            empList[i] = new EmployeeLinkedList();
        }
    }
    // 新增一個結點到雜湊表中
    public void addEmp(Employee emp){
        int index = hashFun(emp.id);
        empList[index].addEmp(emp);
    }
    // 顯示所有結點
    public void list(){
        for (int i=0; i<size; i++){
            System.out.printf("第 %d 個連結串列為：",i);
            empList[i].list();
            System.out.println();
        }
    }
    // 根據 id 查詢某個結點
    public void findById(int id){
        int index = hashFun(id);
        empList[index].findById(id);
    }
    // 根據 id 刪除某個結點
    public void deleteById(int id){
        int index = hashFun(id);
        empList[index].deleteById(id);
    }
    // 模擬獲取雜湊值，該值決定結點要存放到陣列的第幾個連結串列
    public int hashFun(int id){
        return id % size;
    }
}

/**
 * 定義一個僱員連結串列
 */
class EmployeeLinkedList{
    private Employee head = null;   // 這裡的頭結點是有意義的，是一個真實的僱員

    // 新增結點
    public void addEmp(Employee employee){
        if (head == null){      // 判斷連結串列是否為空
            head = employee;
            return;
        }
        Employee cur = head;    // 輔助指標
        while(cur.next != null){   // 找到最後一個結點
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = employee;
        employee.next = null;
    }
    // 通過 id 查詢結點
    public void findById(int id){
        if (head == null){  // 判斷連結串列是否為空
            System.out.printf("連結串列為空， ID 為 %d 的結點不存在！", id);
            return;
        }
        Employee cur = head;    // 第一個結點不能動，要用輔助指標
        while (cur != null){
            if (cur.id == id){
                System.out.printf("找到了！該結點資訊為：ID = %d，NAME = %s", id, head.name);
                return;
            }
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println("該結點不存在！");
    }
    // 通過 id 刪除結點
    public void deleteById(int id){
        if (head == null){
            System.out.println("連結串列為空，無法刪除!");
            return;
        }
        // 因為 head 結點也是一個有效結點，他沒有前驅，所以要單獨判斷
        if (head.id == id){ // 如果第一個結點是目標結點
            head = head.next;
            return;
        }
        // head 之後的節點都是有前驅結點的結點
        Employee cur = head;    // 輔助指標
        while (true){
            if (cur.next == null){  // 如果判斷到了最後一個結點還是沒有找到
                System.out.println("該結點不存在！");
                return;
            }
            if (cur.next.id == id){
                cur.next = cur.next.next;
                return;
            }
            cur = cur.next;
        }
    }
    // 顯示所有結點
    public void list(){
        if (head == null){
            System.out.print("連結串列為空！");
            return;
        }
        Employee cur = head; // 輔助指標
        while (cur != null){
            System.out.printf(" =>ID：%d，NAME：%s", cur.id, cur.name);
            cur = cur.next;
        }
    }
}

/**
 * 定義一個僱員結點
 */
class Employee{
    public int id;
    public String name;
    public Employee next;

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