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Hash(散列函数)

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对于输入值的可逆“混合”运算而得到。

常用HASH函数

·直接取余法:f(x):= x mod maxM ; maxM一般是不太接近 2^t 的一个质数。

·乘法取整法:f(x):=trunc((x/maxX)*maxlongit) mod maxM,主要用于实数。

·平方取中法:f(x):=(x*x div 1000 ) mod 1000000); 平方后取中间的,每位包含信息比较多。

构造方法

散列函数能使对一个数据序列的访问过程更加迅速有效,通过散列函数,数据元素将被更快地定位。

(详细构造方法可以参考hash函数中的【哈希表的构造方法】)

1.直接寻址法:取关键字或关键字的某个线性函数值为散列地址。即H(key)=key或H(key) = a·key + b,其中a和b为常数(这种散列函数叫做自身函数)

2. 数字分析法

3. 平方取中法

4. 折叠法

5. 随机数法

6. 除留余数法:取关键字被某个不大于散列表表长m的数p除后所得的余数为散列地址。即 H(key) = key MOD p,p<=m。不仅可以对关键字直接取模,也可在折叠、平方取中等运算之后取模。对p的选择很重要,一般取素数或m,若p选的不好,容易产生同义词。

处理冲突方法

1.开放寻址法;Hi=(H(key) + di) MOD m,i=1,2,…,k(k<=m-1),其中H(key)为散列函数,m为散列表长,di为增量序列,可有下列三种取法:

1). di=1,2,3,…,m-1,称线性探测再散列;

2). di=1^2,(-1)^2,2^2,(-2)^2,(3)^2,…,±(k)^2,(k<=m/2)称二次探测再散列;

3). di=伪随机数序列,称伪随机探测再散列。

2. 再散列法:Hi=RHi(key),i=1,2,…,k RHi均是不同的散列函数,即在同义词产生地址冲突时计算另一个散列函数地址,直到冲突不再发生,这种方法不易产生“聚集”,但增加了计算时间。

3. 链地址法(拉链法)

4. 建立一个公共溢出区

查找性能分析

散列表的查找过程基本上和造表过程相同。一些关键码可通过散列函数转换的地址直接找到,另一些关键码在散列函数得到的地址上产生了冲突,需要按处理冲突的方法进行查找。在介绍的三种处理冲突的方法中,产生冲突后的查找仍然是给定值与关键码进行比较的过程。所以,对散列表查找效率的量度,依然用平均查找长度来衡量。

查找过程中,关键码的比较次数,取决于产生冲突的多少,产生的冲突少,查找效率就高,产生的冲突多,查找效率就低。因此,影响产生冲突多少的因素,也就是影响查找效率的因素。影响产生冲突多少有以下三个因素:

1.散列函数是否均匀;

2. 处理冲突的方法;

3.散列表的装填因子。

散列表的装填因子定义为:α= 填入表中的元素个数/散列表的长度

α是散列表装满程度的标志因子。由于表长是定值,α与“填入表中的元素个数”成正比,所以,α越大,填入表中的元素较多,产生冲突的可能性就越大;α越小,填入表中的元素较少,产生冲突的可能性就越小。

实际上,散列表的平均查找长度是装填因子α的函数,只是不同处理冲突的方法有不同的函数。

了解了hash基本定义,就不能不提到一些著名的hash算法,MD5SHA-1可以说是应用最广泛的Hash算法,而它们都是以MD4为基础设计的。

常用hash算法的介绍:

(1)MD4

MD4(RFC 1320)是 MIT 的Ronald L. Rivest在 1990 年设计的,MD 是 Message Digest(消息摘要) 的缩写。它适用在32位字长的处理器上用高速软件实现——它是基于 32位操作数的位操作来实现的。

(2)MD5

MD5(RFC 1321)是 Rivest 于1991年对MD4的改进版本。它对输入仍以512位分组,其输出是4个32位字的级联,与 MD4 相同。MD5比MD4来得复杂,并且速度较之要慢一点,但更安全,在抗分析和抗差分方面表现更好。

(3)SHA-1及其他

SHA1是由NIST NSA设计为同DSA一起使用的,它对长度小于2^64的输入,产生长度为160bit的散列值,因此抗穷举(brute-force)性更好。SHA-1 设计时基于和MD4相同原理,并且模仿了该算法。


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