Как работает хеш-функция в хеш-карте
Хэш-карта (или хеш-таблица) — это структура данных, которая позволяет эффективно хранить и получать значения по ключу. Одним из ключевых элементов хэш-карты является хэш-функция. Хэш-функция преобразует произвольные данные (например, строки или числа) в численное значение фиксированной длины, которое затем используется как индекс для доступа к элементу в хэш-карте.
Основная идея хэш-функции заключается в том, что она должна быть детерминированной и единственной. Детерминированность означает, что для одного и того же входного значения хэш-функция всегда должна выдавать один и тот же результат. Единственность означает, что разные входные значения должны преобразовываться в различные хэш-коды.
Когда мы добавляем новый элемент в хэш-карту, сначала его ключ преобразуется при помощи хэш-функции. Затем хэш-код используется для определения индекса, по которому будет храниться значение внутри хэш-карты. Таким образом, хэш-функция позволяет эффективно и быстро найти и получить значение по ключу.
Принцип работы хэш-функции
Принцип работы хэш-функции заключается в том, что она берет входной ключ и преобразует его в уникальное числовое значение, называемое хэш-кодом. Этот хэш-код затем используется для определения индекса, по которому будет располагаться элемент в хэш-карте.
Хорошая хэш-функция должна обеспечивать равномерное распределение хэш-кодов, чтобы минимизировать коллизии — ситуации, когда два разных ключа имеют один и тот же хэш-код. Коллизии могут приводить к ухудшению производительности хэш-карты, поскольку при поиске элементов по ключу система должна осуществлять дополнительные действия для разрешения коллизий.
Пример | Хэш-код | Индекс |
---|---|---|
Ключ: «apple» | 107 | 7 |
Ключ: «banana» | 98 | 8 |
Ключ: «cherry» | 109 | 9 |
В приведенном примере, хэш-функция принимает строку-ключ и преобразует ее в числовой хэш-код. Затем этот хэш-код используется для определения индекса элемента в хэш-карте. Например, ключ «apple» преобразуется в хэш-код 107, а затем элемент будет расположен по индексу 7.
Эффективность работы хэш-функции существенно влияет на производительность хэш-карты. Хорошо спроектированная хэш-функция должна быть быстрой и обеспечивать равномерное распределение хэш-кодов для минимизации коллизий.
Определение и назначение
Назначение хэш-функции в хэш-карте заключается в том, чтобы преобразовать ключи элементов коллекции в уникальные хэш-коды. Эти хэш-коды затем используются для определения индекса внутреннего массива хэш-карты, где хранятся значения элементов.
Полученный хэш-код является уникальным для каждого ключа, что позволяет быстро определить место расположения элемента во внутреннем массиве хэш-карты. Такая структура данных позволяет осуществлять операции вставки, удаления и поиска элементов в хэш-карте за константное время O(1) в среднем случае.
Принцип работы
Процесс работы хэш-функции в хэш-карте следующий:
- Ключ подается на вход хэш-функции.
- Хэш-функция выполняет определенные алгоритмические операции с ключом.
- На выходе получается целое число (хэш-код), которое будет использовано в качестве индекса для сохранения значения в хэш-карте.
Идеальная хэш-функция обладает следующими свойствами:
- Уникальность: для каждого различного ключа генерируется уникальный хэш-код.
- Равномерность распределения: хэш-коды равномерно распределены по всему диапазону индексов карты.
- Эффективность: вычисление хэш-кода происходит с минимальным количеством операций и временем.
Однако, в реальности идеальной хэш-функции достичь сложно из-за конечности пространства ключей. Поэтому при разработке хэш-функции необходимо стремиться к минимизации коллизий и обеспечению равномерного распределения хэш-кодов в пределах возможного.
Использование хэш-функции в хэш-карте
Хэш-функция играет важную роль в работе хэш-катры, так как она позволяет определить уникальный ключ для каждого элемента в хэш-таблице. Хэш-функция принимает на вход данные и возвращает целое число, называемое хешем, которое затем используется как индекс для поиска элемента в хэш-таблице.
При использовании хэш-карты, каждый элемент, добавленный в карту, преобразуется с помощью хэш-функции в хеш, который затем помещается в соответствующую ячейку хэш-таблицы. Если два разных элемента имеют одинаковый хеш, то такое явление называется коллизией. Для разрешения коллизий в хэш-карте используются различные методы, например, цепочка, открытая адресация или квадратичное пробирование.
Важно выбрать хорошую хэш-функцию для работы с хэш-картой, чтобы уменьшить количество коллизий и обеспечить равномерное распределение элементов по ячейкам хэш-таблицы. Хорошая хэш-функция должна обладать следующими свойствами:
- Быстрое вычисление хеша для любого входного значения.
- Равномерное распределение хешей по ячейкам хэш-таблицы.
- Минимальное количество коллизий.
Правильный выбор хэш-функции влияет на производительность хэш-карты, поэтому для различных типов данных могут использоваться разные хэш-функции. Например, для строковых значений можно использовать хэш-функцию, которая учитывает все символы строки, а для числовых значений — более простую функцию, например, деление на размер хэш-таблицы.
Описание структуры данных
Хэш-карта (hashmap) представляет собой структуру данных, которая использует хэш-функцию для преобразования ключей в индексы массива. Это позволяет быстро добавлять, удалять и искать элементы по ключу, так как для доступа к элементу необходимо выполнить только несколько операций.
Хэш-карта состоит из двух основных компонентов: массива и функции хэширования.
- Массив: Хранит элементы хэш-карты и является основной структурой для доступа к данным по ключу. Каждый элемент массива может содержать несколько элементов данных с одинаковым хэшем, образуя цепочку.
- Функция хэширования: Принимает входные данные (ключ) и преобразует их в уникальное числовое значение (хэш). Хорошая хэш-функция должна быть быстрой и равномерно распределять значения по всему диапазону индексов массива.
Добавление элемента в хэш-карту происходит следующим образом:
- Вычисление хэша для ключа с помощью хэш-функции.
- Нахождение индекса в массиве, соответствующего вычисленному хэшу.
- Проверка наличия других элементов в цепочке по данному индексу и добавление нового элемента, либо создание новой цепочки.
Поиск элемента в хэш-карте происходит также с использованием хэш-функции и поиска по индексу массива. Если элемент найден, то возвращается значение, а если нет, то возвращается специальное значение, указывающее на отсутствие элемента.
Удаление элемента из хэш-карты происходит аналогичным образом — вычисляется хэш для ключа, находится индекс в массиве и удаляется элемент из цепочки, если такой имеется.
Хэш-карта является одной из наиболее эффективных структур данных для хранения и поиска элементов по ключу, особенно при большом объеме данных. Она находит применение во многих областях, таких как базы данных, кэширование и многопоточное программирование.
Процесс добавления и поиска элементов
Когда новый элемент добавляется в хэш-карту, он сначала проходит процесс хэширования при помощи хэш-функции. Хэш-функция принимает на вход ключ элемента и преобразует его в числовое значение, которое будет использоваться для определения индекса, по которому будет храниться элемент.
Получившееся числовое значение является индексом массива, в котором будут храниться элементы хэш-карты. Если два разных ключа хэшируются в одно и то же значение, то происходит коллизия — два элемента пытаются занять одну и ту же ячейку в массиве.
Чтобы избежать коллизий, хэш-карта использует различные методы разрешения коллизий, такие как цепочка или открытая адресация. При использовании метода цепочек, каждая ячейка массива содержит связанный список, в котором хранятся элементы, хэшированные в эту ячейку. При использовании открытой адресации, элементы пытаются занять другую доступную ячейку в массиве.
Когда происходит поиск элемента в хэш-карте, ключ элемента также проходит через хэш-функцию, чтобы определить его индекс в массиве. Затем происходит сравнение ключа элемента с ключами элементов в найденной ячейке массива. Если ключи совпадают, найден элемент. Если ключи не совпадают, то происходит поиск по цепочке (если используется метод цепочек) или выполнение определенных действий по открытой адресации.
Процесс добавления и поиска элементов в хэш-карте основан на эффективной работе хэш-функции, разрешении коллизий и правильной реализации методов поиска. Это позволяет быстро и эффективно хранить и находить элементы в хэш-карте.
Думаете, хеш-карты нельзя отсортировать? Еще как можно!
Хеш-карты — невероятно полезная структура данных. Сопоставляя уникальные ключи с потенциально неуникальными значениями, они имеют постоянное время поиска O(1) и применяются в самых разных ситуациях.
Но есть и недостаток: обычно их нельзя сортировать. В современных языках программирования эту проблему решают по-разному. Так, в Python (начиная с версии 3.7) появилась сортировка хеш-карты с помощью лямбда-функции.
А на Go используют обычные интерфейсы и пакет sort . Интерфейс sort работает с различными структурами данных, в том числе хеш-картами: получается элегантная сортировка в несколько простых этапов.
1. Создаем пользовательские типы для представления пар и их списков
Чтобы хранить отсортированные значения, создадим два пользовательских типа данных для ключей и значений хеш-карты.
В структуре Pair свойства Key (ключ) и Value (значение) соответствуют базовым типам, находящимся в хеш-карте. Например, если хеш-карта инициализирована как map[string]bool<> , то ее Key будет с базовым типом string , а Value — с базовым типом bool .
В нашем случае Key и Value будут одного базового типа int :
Затем определим type PairList , т. е. просто массив структур Pair .
2. В структуре данных «pair list» реализуем «sort.Interface»
Определив пользовательские структуры, реализуем в структуре PairList интерфейс sort.Interface . Согласно документации Golang, у него три открытых метода для реализации: Len() , Less() и Swap() .
Чтобы добавить сортировку к любому объекту, реализуем в нем эти три метода и вызываем sort.Sort() .
В нашем случае реализуем их в структуре PairList :
Реализации простые, но их всегда можно настроить под себя. Хотите отсортировать по Key , а не по Value ? Просто внесите соответствующее изменение в реализацию метода Less() . А хотите отсортировать в порядке убывания? Тогда поменяйте местами i и j . Все возможно благодаря интерфейсам Go.
3. Преобразуем карту в «pair list», отсортировываем и возвращаем «pair list»
Для примера сортировки инициализируем someMap и определяем pairList новым экземпляром PairList , равным по длине с someMap .
Перебираем someMap и присваиваем индекс для каждой пары ключ ( k ) — значение ( v ) нового экземпляра Pair внутри someMap .
Как реализуется хэш-карта
Прежде всего позвольте мне поблагодарить Горация Уильямса и Школу программного обеспечения и дизайна Тьюринга за отличную учебную программу с открытым исходным кодом за вдохновение для этой записи в блоге. Если вы хотите попробовать самостоятельно реализовать Hash-Map в Ruby, взгляните на ссылку.
Хэш-карта — это неизменяемая структура данных в clojure, которая имеет ключ и значение. Это выглядит так
Мы привязываем хэш-карту, которая содержит информацию обо мне, и затем мы можем искать значения по их ключу, например:
Круто, ничего нового для большинства из вас. Что, если я хочу изменить город, в котором сейчас живу, теперь, когда я живу в Лос-Анджелесе. Как clojure поддерживает неизменность этой хэш-карты? Мы будем использовать Hash Array Mapped Tire.
Хеш-функции и дайджесты
HAMT сначала хеширует свои ключи, так что давайте начнем с этого.
Для хеширования ключа мы будем использовать функцию хеширования. Наша функция хэширования примет наш ключ, а затем запустит функцию, использующую этот ключ, чтобы вернуть значение, которое называется дайджестом сообщения. Ввод — это ключ, функция хеширования, которую мы будем использовать, — SHA-1, а результат выполнения этой функции — дайджест сообщения.
Ruby имеет встроенные библиотеки для хэширования строки, так что давайте использовать их вместо того, чтобы создавать свои собственные в clojure.
Здесь ключ «имя» хэшируется с помощью встроенной в ruby функции хеширования и возвращает нам очень длинное число. Каждый из этих дайджестов будет уникальным, если входные данные, которые вы используете, уникальны. Например, дайджест, который возвращается для города,
Вставка
Пока мы идем по дереву, чтобы решить, как и куда вставить наши ключи и значения, HAMT проверяет три вещи в каждом узле.
- Является ли текущий узел, на котором я нахожусь, пустым? Если это так, вставьте ключ и значение здесь
- Текущий узел не пуст, но наш ключ совпадает с ключом в этом узле, если перезаписывает значение.
- Их ключ не соответствует текущему узлу, поэтому нам нужно углубиться в дерево, чтобы найти следующий узел.
Давайте начнем с нашего корневого узла, мы собираемся вставить ключ: имя и значение «Роберт».
Хорошо, теперь давайте попробуем вставить ключ: город и значение «Округ Колумбия».
Сначала мы начинаем с корневого узла, он пустой? Нет, у него есть ключ: имя и значение. Хорошо, ключ тот же, что и тот, который мы пытаемся вставить? Нет, один :name, а другой :city
Широкое разветвление
Прямо сейчас мы создаем дерево порядка-32. Это означает, что каждый узел имеет 32 возможных ответвления, которые сохраняются в массиве. Это известно как широкое дерево ветвлений, поскольку каждый дочерний узел может иметь 32 ветви.
Чтобы определить, в какие из этих 32 ветвей вставить наш ключ и значение, мы используем то, что называется побитовым оператором дайджеста нашего ключа. Помните, что дайджест — это результат вызова функции хеширования нашего ключа.
Этот побитовый оператор, который мы собираемся использовать, — 11111, и он будет выполняться для последних 5 цифр нашего дайджеста. Учебник, на который я ссылаюсь выше, объясняет это лучше, чем я когда-либо мог.
Это определяется коэффициентом ветвления дерева — при дереве порядка 32 у нас есть 32 возможных потомка от каждого узла в дереве. Фрагмент 5-битного хэш-кода позволяет нам кратко представить все 32 возможные дочерние ветви с помощью одного битового массива. (2 ** 5 == 32)
От десятичного к двоичному
Чтобы найти результат выполнения побитового операнда 11111 для последних 5 цифр 63869, мы сначала должны преобразовать число в двоичное.
Во-первых, стандартная система счета, которую мы использовали, называется десятичной системой. Префикс dec означает 10. Имеет смысл считать до числа 9 в каждом заполнителе (единицах, десятках, сотнях и т. д.), а затем, когда мы доходим до 10, мы добавляем 1 к следующему заполнителю.
Двоичный способ отслеживания чисел использует систему единиц и нулей, где би означает два. Итак, мы создадим числа таким же образом, когда мы доберемся до числа 2 для каждого заполнителя, мы добавим новый заполнитель и создадим новый заполнитель с номером 1, а другой сделаем 0. Позвольте мне показать вам числа 0. –9 в двоичном и десятичном виде, и я думаю, что это будет иметь больше смысла.
Таким образом, двоичный эквивалент числа 63839 равен 1111100101011111. Затем мы берем последние 5 цифр и преобразуем это двоичное число в десятичное число. Мы получаем 31. Так как мы используем нулевой индекс для нашего массива, это будет место в последней ветви.
неизменность
Помните, что один из моментов использования Hash Array Mapped Trie заключается в том, что мы можем создать неизменяемую структуру данных. Для этого мы копируем узел, который пытаемся изменить, а затем копируем каждый узел до самого корня.
Нам не нужно копировать все, что ниже рассматриваемого узла, потому что оно по-прежнему указывает на правильный узел и все, что находится под ним.
Что такое хэш-карта (HSHC)?
Криптовалютная монета Hash Card — это цифровая или виртуальная валюта, которая использует криптографию для защиты своих транзакций и для контроля создания новых единиц.
Токен Founders of Hash Card (HSHC)
Основателями монеты Hash Card (HSHC) являются Дэвид Сигел, генеральный директор HashCoins, и Адам Бэк, генеральный директор Blockstream.
Биография основателя
Я инженер-программист и предприниматель. Последние несколько лет я работаю над технологией блокчейна и считаю, что она может произвести революцию во многих отраслях.
Чем ценна хеш-карта (HSHC)?
HSHC ценны, потому что они представляют собой цифровое представление актива. Их можно использовать для отслеживания прав собственности и стоимости актива, а также для проверки подлинности этого актива.
Лучшие альтернативы хеш-карте (HSHC)
1. Ethereum
2. Bitcoin
3. Litecoin
4. тире
5. Dogecoin
Инвесторы
HSHC — это платформа на основе блокчейна, которая позволяет инвесторам покупать и продавать цифровые токены. Компания была основана Адамом Нойманном и Майклом Новограцем, двумя бывшими руководителями Уолл-Стрит.
Зачем инвестировать в Hash Card (HSHC)
На этот вопрос нет универсального ответа, так как лучший способ инвестировать в Hash Card (HSHC) зависит от ваших индивидуальных обстоятельств. Тем не менее, некоторые потенциальные причины инвестировать в Hash Card (HSHC):
1. Получить доступ к новой и потенциально прибыльной инвестиционной возможности.
2. Получить доступ к уникальным и инновационным технологиям, которые помогут вам улучшить ваше финансовое положение.
3. Поддержать разработку новой инновационной платформы на основе блокчейна.
Hash Card (HSHC) Партнерство и отношения
Партнерство с HSHC выгодно обеим сторонам. Партнерские отношения создают чувство общности и поддержки между школами, а также предоставляют учащимся возможность больше узнать о разных культурах. HSHC также помогают продвигать разнообразие и инклюзивность в школах.
Хорошие характеристики Hash Card (HSHC)
1. HSHC — это безопасная и защищенная от несанкционированного доступа система, которая помогает отслеживать движение денег и активов.
2. Это эффективный способ отслеживать свои расходы и экономить деньги в долгосрочной перспективе.
3. HSHC также помогает сократить количество случаев мошенничества и махинаций.
Hash Card — это безопасный и простой способ поделиться своими мыслями и идеями с коллегами, клиентами или одноклассниками. Просто распечатайте шаблон хеш-карты, введите свою информацию и вырежьте карточки. Раздайте их всем, кого вы хотите принять участие в обсуждении.
Как начать сHash Card (HSHC)
Hash Card — это новая криптовалюта, использующая алгоритм SHA-256. Он был создан 1 октября 2017 года и имеет общий запас 100 миллионов HSHC.
Поставка и распределение
Hash Card — это цифровой актив, который используется для оплаты товаров и услуг. Hash Card создается пользователем при совершении покупки. Затем поставщик Hash Card распространяет Hash Card пользователю. Пользователь может использовать Hash Card для совершения покупок у любого продавца, который принимает карты Visa или Mastercard.
Пробный тип хеш-карты (HSHC)
Хеш-карта типа Proof — это физическая карта, которая содержит криптографические хеш-значения для каждой транзакции. Владелец карты может использовать хеш-значения для проверки подлинности транзакций.
Алгоритм
Алгоритм хеш-карты представляет собой криптографическую хеш-функцию. Он принимает входные данные любого размера и производит выходные данные фиксированной длины. Алгоритм разработан, чтобы быть быстрым и эффективным, поэтому его можно использовать для создания коротких хеш-значений для использования в приложениях безопасности.
Основные кошельки
Основными кошельками Hash Card (HSHC) являются кошельки Bitcoin Core, Electrum и Armory.