布谷鸟哈希算法的C++实现
布谷鸟哈希（Cuckoo Hashing）是一种高效的哈希表实现，它通过两个哈希函数和两个哈希表来存储键值对。当插入或删除键值对时，布谷鸟哈希算法通过这两个哈希函数在两个哈希表中寻找插入或删除的位置。如果找到，则进行相应的操作；如果没有找到，则进行一系列的交换操作，直到找到空位或者达到最大交换次数。
布谷鸟哈希算法具有以下特点：
- 高效的插入、删除和查找操作，平均时间复杂度为O(1)。
- 能够动态调整哈希表的大小，以适应数据量的变化。
- 在哈希表冲突较少的情况下，性能优于传统的哈希表。
布谷鸟哈希算法原理
布谷鸟哈希算法的核心思想是使用两个哈希表（称为哈希表A和哈希表B）和两个哈希函数（称为哈希函数f和哈希函数g）。每个哈希表可以存储一定数量的键值对，当哈希表达到一定容量时，可以动态地扩展。
哈希函数
- 哈希函数f：用于计算哈希表A的索引。
- 哈希函数g：用于计算哈希表B的索引。
哈希表
- 哈希表A：用于存储键值对。
- 哈希表B：用于存储键值对。
插入操作
1. 使用哈希函数f计算键值对的索引。
2. 如果哈希表A的索引为空，则将键值对插入到哈希表A。
3. 否则，使用哈希函数g计算索引，如果哈希表B的索引为空，则将键值对插入到哈希表B。
4. 如果哈希表B的索引不为空，则进行交换操作，直到找到空位或者达到最大交换次数。
删除操作
1. 使用哈希函数f计算键值对的索引。
2. 如果哈希表A的索引为空，则表示键值对不存在，返回失败。
3. 否则，使用哈希函数g计算索引，如果哈希表B的索引为空，则表示键值对不存在，返回失败。
4. 如果哈希表B的索引不为空，则删除键值对，并进行交换操作，直到找到空位或者达到最大交换次数。
查找操作
1. 使用哈希函数f计算键值对的索引。
2. 如果哈希表A的索引为空，则表示键值对不存在，返回失败。
3. 否则，使用哈希函数g计算索引，如果哈希表B的索引为空，则表示键值对不存在，返回失败。
4. 如果哈希表B的索引不为空，则返回键值对。
C++实现
以下是一个简单的布谷鸟哈希算法的C++实现：
cpp
include
include
include
class CuckooHash {
private:
std::unordered_map tableA;
std::unordered_map tableB;
int maxIterations;
public:
CuckooHash(int maxIterations) : maxIterations(maxIterations) {}
void insert(int key, int value) {
int indexA = hashFunctionA(key);
int indexB = hashFunctionB(key);
if (tableA.find(indexA) == tableA.end()) {
tableA[indexA] = value;
} else if (tableB.find(indexB) == tableB.end()) {
tableB[indexB] = value;
} else {
int maxIterationsReached = 0;
while (maxIterationsReached < maxIterations) {
int indexToSwap = (indexA == indexB) ? indexA : indexB;
int valueToSwap = (indexA == indexB) ? tableA[indexA] : tableB[indexB];
if (tableA.find(indexToSwap) != tableA.end()) {
tableA[indexToSwap] = value;
} else if (tableB.find(indexToSwap) != tableB.end()) {
tableB[indexToSwap] = value;
} else {
break;
}
indexA = (indexA == indexB) ? indexB : indexA;
indexB = (indexA == indexB) ? indexB : indexA;
maxIterationsReached++;
}
}
}
int find(int key) {
int indexA = hashFunctionA(key);
int indexB = hashFunctionB(key);
if (tableA.find(indexA) != tableA.end()) {
return tableA[indexA];
} else if (tableB.find(indexB) != tableB.end()) {
return tableB[indexB];
}
return -1; // Key not found
}
void remove(int key) {
int indexA = hashFunctionA(key);
int indexB = hashFunctionB(key);
if (tableA.find(indexA) != tableA.end()) {
tableA.erase(indexA);
} else if (tableB.find(indexB) != tableB.end()) {
tableB.erase(indexB);
}
}
private:
int hashFunctionA(int key) {
return key % tableA.capacity();
}
int hashFunctionB(int key) {
return (key + 1) % tableB.capacity();
}
};
int main() {
CuckooHash hashTable(10);
hashTable.insert(1, 100);
hashTable.insert(2, 200);
hashTable.insert(3, 300);
std::cout << "Value for key 2: " << hashTable.find(2) << std::endl;
hashTable.remove(2);
std::cout << "Value for key 2 after removal: " << hashTable.find(2) << std::endl;
return 0;
}
总结
本文介绍了布谷鸟哈希算法的原理和C++实现。布谷鸟哈希算法通过两个哈希表和两个哈希函数来存储键值对，具有高效的插入、删除和查找操作。在实际应用中，布谷鸟哈希算法可以作为一种高性能的数据结构来使用。
Comments NOTHING