Pourquoi Boost::Hash_Combine est-il considéré comme une méthode optimale pour combiner des valeurs de hachage ?

Boost::Hash_Combine : une méthode efficace de combinaison de valeurs de hachage

Introduction :
Dans le domaine En matière de programmation, la combinaison efficace des valeurs de hachage est cruciale pour la mise en œuvre de tables de hachage et d'autres structures de données reposant sur des fonctions de hachage. La bibliothèque Boost C fournit une fonction appelée boost::hash_combine spécialement conçue pour cette tâche. Dans cet article, nous approfondirons le fonctionnement interne de boost::hash_combine et démontrerons pourquoi il est considéré comme une méthode optimale pour combiner des valeurs de hachage.

Décomposition de la fonction :

boost::hash_combine prend deux arguments : une valeur de départ (par référence) et une valeur à hacher (par valeur). La valeur de départ est initialement une valeur de hachage vide et, à mesure que chaque nouvelle valeur est hachée, elle est combinée avec la valeur de départ pour créer une valeur de hachage combinée. La fonction fonctionne en :

1. Créer une valeur de hachage pour la nouvelle valeur à l'aide de std::hash.
2. XORer la nouvelle valeur de hachage avec le nombre magique 0x9e3779b9.
3. Décaler la valeur de départ laissée de 6 bits et la faire en XOR avec le résultat de l'étape 2.
4. Décaler la valeur de départ de 2 bits vers la droite et effectuer un XOR avec le résultat de l'étape 3.

Analyse de distribution et d'entropie :

L'une des principales raisons pour lesquelles boost::hash_combine est considéré comme optimal est ses excellentes propriétés de distribution. Il génère des valeurs de hachage uniques à partir d'un large éventail d'entrées, minimisant les collisions et maximisant l'efficacité des tables de hachage.

Cependant, il est important de noter que l'implémentation originale de boost::hash_combine avait une préservation de l'entropie loin d'être idéale. Cela pourrait entraîner une perte d'entropie lorsque la valeur de départ contenait une entropie importante.

Alternative améliorée :

Pour remédier à cette limitation, une version modifiée de hash_combine a été introduite, tirant parti de deux multiplications et trois opérations xor-shift. Cette version offre un excellent mélange et préserve plus efficacement l'entropie.

Implémentation :

Voici un exemple d'implémentation de la fonction hash_combine modifiée :

#include <cstdint>

template<typename T>
inline size_t hash_combine(std::size_t& seed, const T& v)
{
    const uint64_t c = 17316035218449499591ull; // random uneven integer constant
    const uint64_t p = 0x5555555555555555ull; // pattern of alternating 0 and 1
    const uint64_t n = std::hash<T>{}(v);

    uint64_t x = p * xorshift(n, 32);
    uint64_t y = c * xorshift(x, 32);

    seed ^= y ^ (seed << 6);
    seed ^= (seed >> 2);

    return seed;
}

Cette implémentation utilise une rotation binaire asymétrique, qui est à la fois efficace et non commutative. Il utilise également une constante différente et combine la valeur de départ et de hachage à l'aide d'opérations XOR.

Conclusion :

Bien que le boost::hash_combine d'origine présentait quelques défauts, le modèle modifié Cette version améliore considérablement les propriétés de préservation et de distribution de l'entropie. En utilisant plusieurs opérations et des constantes soigneusement choisies, il combine efficacement les valeurs de hachage, garantissant ainsi un minimum de collisions et des performances efficaces. Pour des résultats optimaux, envisagez d'utiliser cette version modifiée lors de la combinaison de valeurs de hachage.

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