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Python底層技術揭秘：如何實現哈希表

WBOY

發布： 2023-11-08 11:53:00

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Python底層技術揭秘：如何實現哈希表

Python底層技術揭秘：如何實作雜湊表

雜湊表是在電腦領域中十分常見且重要的資料結構，它可以高效地儲存和尋找大量的鍵值對。在Python中，我們可以使用字典來使用雜湊表，但是很少有人深入了解它的實作細節。本文將揭秘Python中哈希表的底層實作技術，並給出具體的程式碼範例。

雜湊表的核心思想是將鍵透過雜湊函數映射到固定大小的陣列中，而不是簡單地按順序儲存。這樣可以大大加快查找速度。下面我們將逐步介紹哈希表的實作。

雜湊函數
雜湊函數是雜湊表非常關鍵的一部分，它將鍵對應到陣列中的索引位置。一個好的雜湊函數應該能夠將鍵均勻地映射到數組中的不同位置，以減少衝突的機率。在Python中，我們可以使用hash()函數來產生雜湊值，但是由於其產生的值過長，因此我們一般需要對其進行取模運算，使其適應數組的大小。

下面是一個簡單的雜湊函數的範例：

def hash_func(key, size):
    return hash(key) % size

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雜湊表的實作
在Python中，雜湊表是透過字典（dict ）對象來實現的。字典物件內部使用了一個雜湊表來儲存鍵值對。一個最簡單的哈希表可以使用數組和鍊錶來實現。

首先我們定義一個哈希表對象，其中包含一個數組和一個鍊錶：

class HashTable:
    def __init__(self, size):
        self.size = size
        self.table = [[] for _ in range(size)]

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然後我們定義插入和查找的方法：

    def insert(self, key, value):
        index = hash_func(key, self.size)
        for item in self.table[index]:
            if item[0] == key:
                item[1] = value
                return
        self.table[index].append([key, value])

    def get(self, key):
        index = hash_func(key, self.size)
        for item in self.table[index]:
            if item[0] == key:
                return item[1]
        raise KeyError(key)

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在插入時，我們首先透過雜湊函數取得到鍵的索引，然後在該索引位置的鍊錶中尋找鍵是否已經存在。如果存在，則更新值；否則，在鍊錶的末尾插入新的鍵值對。

在尋找時，我們也是透過雜湊函數取得到鍵的索引，然後在該索引位置的鍊錶中進行線性查找。如果找到了對應的鍵值對，則傳回值；否則，拋出KeyError異常。

使用雜湊表
現在我們可以使用自己實作的雜湊表了。以下是一個簡單的範例：

hash_table = HashTable(10)
hash_table.insert("name", "Tom")
hash_table.insert("age", 20)
hash_table.insert("gender", "male")

print(hash_table.get("name"))  # 输出：Tom
print(hash_table.get("age"))  # 输出：20
print(hash_table.get("gender"))  # 输出：male

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