LeetCode 706. Design HashMap

雪梨酱
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LeetCode 706. Design HashMap

不使用任何内建的哈希表库设计一个哈希映射（HashMap）。

实现 MyHashMap 类：

  • MyHashMap() 用空映射初始化对象
  • void put(int key, int value) 向 HashMap 插入一个键值对 (key, value) 。如果 key 已经存在于映射中，则更新其对应的值 value 。
  • int get(int key) 返回特定的 key 所映射的 value ；如果映射中不包含 key 的映射，返回 -1 。
  • void remove(key) 如果映射中存在 key 的映射，则移除 key 和它所对应的 value 。

 

示例：

输入：
["MyHashMap", "put", "put", "get", "get", "put", "get", "remove", "get"]
[[], [1, 1], [2, 2], [1], [3], [2, 1], [2], [2], [2]]
输出：
[null, null, null, 1, -1, null, 1, null, -1]

解释：
MyHashMap myHashMap = new MyHashMap();
myHashMap.put(1, 1); // myHashMap 现在为 [[1,1]]
myHashMap.put(2, 2); // myHashMap 现在为 [[1,1], [2,2]]
myHashMap.get(1);    // 返回 1 ，myHashMap 现在为 [[1,1], [2,2]]
myHashMap.get(3);    // 返回 -1（未找到），myHashMap 现在为 [[1,1], [2,2]]
myHashMap.put(2, 1); // myHashMap 现在为 [[1,1], [2,1]]（更新已有的值）
myHashMap.get(2);    // 返回 1 ，myHashMap 现在为 [[1,1], [2,1]]
myHashMap.remove(2); // 删除键为 2 的数据，myHashMap 现在为 [[1,1]]
myHashMap.get(2);    // 返回 -1（未找到），myHashMap 现在为 [[1,1]]

 

提示：

  • 0 <= key, value <= 106
  • 最多调用 104 次 put、get 和 remove 方法

算法1

(拉链法) O(1)

哈希表的基本思想都是先开一个大数组，然后用某种哈希函数将key映射到数组的下标空间。不同算法的区别在于如何处理下标冲突，即当两个不同的key被映射到同一下标时，该怎么办。\

一般有两种方式处理冲突：拉链法和开放寻址法。 首先我们来介绍拉链法。它的思想很简单，在哈希表中的每个位置上，用一个链表来存储所有映射到该位置的元素。

对于put(key, value)操作，我们先求出key的哈希值，然后遍历该位置上的链表，如果链表中包含key，则更新其对应的value；如果链表中不包含key，则直接将（key，value）插入该链表中。
对于get(key)操作，求出key对应的哈希值后，遍历该位置上的链表，如果key在链表中，则返回其对应的value，否则返回-1。
对于remove(key)，求出key的哈希值后，遍历该位置上的链表，如果key在链表中，则将其删除。

时间复杂度：

最坏情况下，所有key的哈希值都相同，且key互不相同，则所有操作的时间复杂度都是 O(n)。但最坏情况很难达到，每个操作的期望时间复杂度是 O(1)。

空间复杂度：

一般情况下，初始的大数组开到总数据量的两到三倍大小即可，且所有链表的总长度是 O(n) 级别的，所以总空间复杂度是 O(n)。

C++ 代码

class MyHashMap {
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    const static int N = 20011;

    vector<list<pair<int,int>>> hash;

    MyHashMap() {
        hash = vector<list<pair<int,int>>>(N);
    }

    list<pair<int,int>>::iterator find(int key)
    {
        int t = key % N;
        auto it = hash[t].begin();
        for (; it != hash[t].end(); it ++ )
            if (it->first == key)
                break;
        return it;
    }

    /** value will always be non-negative. */
    void put(int key, int value) {
        int t = key % N;
        auto it = find(key);
        if (it == hash[t].end())
            hash[t].push_back(make_pair(key, value));
        else
            it->second = value;
    }

    /** Returns the value to which the specified key is mapped, or -1 if this map contains no mapping for the key */
    int get(int key) {
        auto it = find(key);
        if (it == hash[key % N].end())
            return -1;
        return it->second;
    }

    /** Removes the mapping of the specified value key if this map contains a mapping for the key */
    void remove(int key) {
        int t = key % N;
        auto it = find(key);
        if (it != hash[t].end())
            hash[t].erase(it);
    }
};

/**
 * Your MyHashMap object will be instantiated and called as such:
 * MyHashMap obj = new MyHashMap();
 * obj.put(key,value);
 * int param_2 = obj.get(key);
 * obj.remove(key);
 */

算法2

(开放寻址法) O(1)

开放寻址法的基本思想是这样的：如果当前位置已经被占，则顺次查看下一个位置，直到找到一个空位置为止。

对于put(key, value)操作，求出key的哈希值后，顺次往后找，直到找到key或者找到一个空位置为止，然后将key放到该位置上，同时更新相应的value。
对于get(key)操作，求出key的哈希值后，顺次往后找，直到找到key或者-1为止（注意空位置有两种：-1和-2，这里找到-1才会停止），如果找到了key，则返回对应的value。
对于remove(key)操作，求出key的哈希值后，顺次往后找，直到找到key或者-1为止，如果找到了key，则将该位置的key改为-2，表示该数已被删除。
注意：当我们把一个key删除后，不能将其改成-1，而应该打上另一种标记。否则一个连续的链会从该位置断开，导致后面的数查询不到。

时间复杂度：

最坏情况下，所有key的哈希值都相同，且key互不相同，则所有操作的时间复杂度都是 O(n)。但实际应用中最坏情况难以遇到，每种操作的期望时间复杂度是 O(1)。

空间复杂度：

一般来说，初始大数组开到总数据量的两到三倍，就可以得到比较好的运行效率，空间复杂度是 O(n)。

C++ 代码

class MyHashMap {
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    const static int N = 20011;
    int hash_key[N], hash_value[N];

    MyHashMap() {
        memset(hash_key, -1, sizeof hash_key);
    }

    int find(int key)
    {
        int t = key % N;
        while (hash_key[t] != key && hash_key[t] != -1)
        {
            if ( ++t == N) t = 0;
        }
        return t;
    }

    /** value will always be non-negative. */
    void put(int key, int value) {
        int t = find(key);
        hash_key[t] = key;
        hash_value[t] = value;
    }

    /** Returns the value to which the specified key is mapped, or -1 if this map contains no mapping for the key */
    int get(int key) {
        int t = find(key);
        if (hash_key[t] == -1) return -1;
        return hash_value[t];
    }

    /** Removes the mapping of the specified value key if this map contains a mapping for the key */
    void remove(int key) {
        int t = find(key);
        if (hash_key[t] != -1)
            hash_key[t] = -2;
    }
};

/**
 * Your MyHashMap object will be instantiated and called as such:
 * MyHashMap obj = new MyHashMap();
 * obj.put(key,value);
 * int param_2 = obj.get(key);
 * obj.remove(key);
 */
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