全域哈希和完全哈希——麻省理工算法导论公开课

公开课地址:

http://open.163.com/movie/2010/12/3/A/M6UTT5U0I_M6V2TGI3A.html

全域哈希

诞生:

哈希的根本缺陷:对于任意哈希函数而言,都存在一个不好的健集,使得所有的健都会哈希到同一个槽里去,那么如何解决这种情况呢?如何防止对某个键集永远有较差的表现?如何防止竞争对手使用这个键集来降低你的性能表现? 一个词解决这个问题 —— random!

全域哈希的方法就是随机选择一个哈希函数H(当然不是每次操作都选择一个哈希函数,而是构建一个哈希表的时候随机选一个,选定之后这个哈希表的所有操作都是基于这个哈希函数,这种方法可以防止竞争对手别有用心的设计一个键集,同时也能避免某些键集永远会导致较差的性能,如果是,那么重新建一个表就行!)

定义:

设U为键的全域,H是哈希的有限集,H里面的每个哈希函数h将集合U映射到哈希表的m个位置上,如果哈希表满足:对于U里面的两个值x,y x≠y {h∈H:h(x)=h(y)}=|H|/m,那么H就是全域的。
|H|的意思是指全域哈希函数的个数,那么从里面任意取一个函数h,这个函数把x和y哈希到同一个位置的概率就是1/m,也就是说,这些函数都是均匀函数。

Hash Function Group构造的一个方法如下

取 m 为素数,取随机数 A 为 r+1 位 m 进制的数,表示为 <A0,A1,...,Ar> (其中 0 <= Ai <= m-1为随机选择),则哈希函数H[A](K) 定义为:

  H[A](K) = sum { Ai * Ki | i =0, 1, ... , m-1 }  mod m

证明:


定理得证

 

完全哈希

哈希的基本缺陷,即使构造了全域哈希,还是不一定能解决不好的键集输入的问题,能不能找到一个完美的解决方案呢?
能不能保证在任何情况下查找的复杂度都在Θ(1)呢?而且哈希表还不能太大,必须满足n=O(m)
现在来做做推理,如果我们要求对于哈希表中任意一个数x,发生碰撞的次数的期望,小于1
在均匀哈希的情况下,对于每一个数来说,碰撞的可能性都是1/m,那么
Cn2*1/m=n(n-1)/2m <1 那么m>n(n-1)/2 也就是说m是n的平方的量级,所以普通的哈希表是不可能完成这种任务的,除非哈希表构造得非常的大。
解决方案是构造一个双层哈希的结构,哈希表的底层用来存放第二层的入口指针和所用的哈希函数,第二层才是存放数据元素,证明略

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