哈希表的存儲結構

『壹』 哈希表結構及碰撞處理

哈希表，這個在數據結構中極具影響力的詞彙，實際上是一種以哈希值作為鍵的數據結構。它的核心功能是實現快速的鍵值查找，只需一個哈希函數，便能將鍵映射到數組中的特定位置。哈希表的底層結構是一個數組，當元素經過哈希函數計算後，根據余數的特性，得到一個數組下標，將元素存儲於此。例如，對於哈希表大小為20的情況，將元素12345映射後得到5，即元素將存儲在索引5的位置。

然而，哈希表在處理過程中，可能會遇到碰撞問題，即不同的元素通過哈希函數得到相同的索引。為了解決這一問題，哈希表通常採用以下幾種策略：鏈表式解決、開放定址法（包括線性探測與平方探測）以及再哈希法。

鏈表式解決法，即在初始化時為哈希表構建一個鏈表結構。當發生碰撞時，新的元素會添加到已有元素所在的鏈表的末尾。例如，對於元素列表[2, 5, 10, 13, 16, 20]和哈希表長度為8的情況，碰撞發生在索引2與索引5，鏈表式解決法會將新元素放置在原元素之後，形成鏈表結構。

線性探測法則是將碰撞後的元素放置在下一個位置，如果下一個位置已被佔用，則繼續向後查找。這種策略可能會導致「二次聚集」現象，為避免這種情況，可以使用平方探測法，即每次碰撞後將位置加上沖突次數的平方值。通過這種方式，元素可以分散到不同的位置，避免聚集。

再哈希法是在發生碰撞後，再次對值進行哈希計算，以分散沖突。這種方法在操作時需要確定再哈希的演算法，通常採用簡單的公式。再哈希法在處理碰撞時，需要控制哈希計算的次數，以防止無限循環，影響存儲效率。

當哈希表的存儲空間達到一定容量時，需要進行擴容。常見的策略是當元素數量超過數組容量的70%時，自動觸發擴容，將舊表中的元素遷移到新表中，並重新進行哈希計算。實際應用中，不同編程語言在哈希表擴容機制上有所差異，如Golang中的map擴容策略，會在整體key-value對超過負載因子或桶數量接近常規桶數量時發生擴容，且採用漸進擴容策略，以降低性能抖動的影響。

綜上所述，哈希表是一種高效的數據結構，通過哈希函數實現快速的鍵值查找。面對碰撞問題，鏈表式解決、開放定址法、再哈希法等策略都能有效處理。當哈希表接近滿載時，通過擴容機制可以應對元素數量的增加。哈希表的實現細節和優化策略在不同場景下有所不同，但其核心功能和處理機制保持一致，確保數據的高效存儲與檢索。