LINUXSOFT.cz Přeskoč levou lištu
Uživatel: Heslo:  
   CZUKPL

> C++ - Hashování

V tomto článku se seznámíme s hashovacími tabulkami, vysvětlíme si, jak fungují, k čemu jsou dobré a kdy je vhodné je využít. Samozřejmě nebude chybět ani ukázka implementace, která bude provedena v jazyce C++. Článek si neklade za cíl vysvětlit, jak přesně fungují některé známé hashovací funkce, úkolem článku je seznámit čtenáře s tím, co to vlastně hashovací funkce je a k čemu se dá použít.

3.12.2010 00:00 | Petr Sklenička | Články autora | přečteno 12388×

Co je to hashovací tabulka

Hashovací tabulka je datová struktura, v níž můžeme velmi rychle vyhledávat. V této tabulce jsou vlastně hashovací klíče spojeny s patřičnými hodnotami. S trochou nadsázky by se o hashovací tabulce dalo hovořit jako o "vylepšeném poli". Máme-li pole, jednotlivé hodnoty jsou spojeny s indexem pole, čili 0n. V poli však nedokážeme předem určit, na kterém indexu je hodnota, kterou hledáme. V hashovací tabulce jsou hodnoty uloženy společně s jim odpovídajícím hashovacím klíčem, který získáme užitím hashovací funkce. Čím lépe je pak tato hashovací funkce navržena, tím lepší bude hashovací tabulka. Hashovací funkce se obvykle použivají pro rychlejší vyhledávání dat v databázích, odhalování duplicitních záznamů v obrovských souborech apodobně.

Asi nejlepším způsobem, jak osvětlit problematiku hashování, je uvedení krátkého příkladu. Mějme množinu nějakých čísel, například čísla 6, 12, 9, 16, 11, 61, 42. Tyto čísla pro nás budou hodnotami, které budeme chtít uložit do hashovací tabulky a následně mezi nimi pak vyhledávat. K tomu, abychom je do tabulky mohli uložit, potřebujeme hashovací funkci - ta nám pro každé číslo vrátí jeho hashovací klíč, který nám pak bude udávat místo v tabulce, kde je číslo uloženo. Navrhněme si zcela banální funkci - pro každé číslo nám vrátí zbytek po dělení číslem 8. Předem podotýkám, že tento příklad slouží pouze pro pochopení, nejedná se o žádnou skvělou hashovací funkci.

Jen pro upřesnění, pokud číslo 6 předáme do naší funkce, hashovací klíč bude 6, neboť 6 / 8 = 0, zb. 6. Pro číslo 12 bude klíč 4, atd. V obyčejném poli pak tedy na index 6 uložíme číslo 6, na index 4 uložíme číslo 12 apod. Kód, jak by to celé mohlo vypadat, je zde:

Naše hashovací tabulka pak vypadá následovně:
Index (Hashovací klíč)Hodnota
016
19
242
311
412
561
66

Chceme-li v této tabulce vyhledávat nějakou hodnotu, stačí zjistit odpovídající hashovací klíč a pak se podívat na patřičný index v poli. Budeme-li tedy zjišťovat, zda je v tabulce číslo 11, zjistíme, že hodnota hashovacího klíče je 3 a číslo 11 tedy může být pouze pod indexem 3, nikde jinde. Podíváme se tedy na index 3 a zjistíme, že číslo 11 v tabulce opravdu je. Stačilo nám jedno porovnání, abychom číslo našli. V kódu lze vyhledávání realizovat takto:

Je jistě vidět, že vyhledávat v hashovací tabulce není nic složitého. Samozřejmě mnohem lepší by bylo si na vyhledávání napsat jednoduchou funkci, která by vracela true nebo false. V této ukázce však šlo pouze o pochopení, jak hashování funguje.

Problémy při hashování

Vraťme se ješte na chvíli k předešlému příkladu. Naše hashovací funkce vracela zbytek po dělení osmi, což znamená, že hashovací klíč byl vždy v intervalu <0, 7>. To může být docela problém, neboť rozsah klíčů není velký a může proto velmi snadno dojít ke kolizi. Kolizí rozumíme to, jestliže dvě hodnoty získají stejný hashovací klíč - například čísla 27 a 11 mají obě hashovací klíč roven 3 (u naší hashovací funkce). To je problém, neboť v našem poli je u hashovacího klíče vždy jen jedno místo. Proto je snad již zcela zřejmé, že předchozí příklad neměl reálné využití. Jak tedy kolize řešit?

Asi nejlepším způsobem by bylo navrhnout hashovací funkci tak, aby každé hodnotě přiřadila různý klíč. Toho by šlo dosáhnout tak, že by se hashovací funkce chovala náhodně. V tom je však skryt další problém. Hashovací funkce musí být navržena tak, aby vždy pro danou hodnotu vypočítala stejný hashovací klíč - proto se hashovací funkce nemůže chovat náhodně. Kolize lze tedy řešit například separátním řetězením.

Separátní řetězení

Princip separátního řetězení je takový, že každé hodnotě hashovacího klíče je přiřazena datová struktura seznam, do kterého se ukládají hodnoty. Jinak řečeno, hodnoty se stejným hashovacím klíčem se ukladájí do stejného seznamu. Tím se však zvyšuje časová složitost vyhledání hodnoty v hashovací tabulce. Časová složitost je úměrná délce seznamu, který je asociován s patřičným hashovacím klíčem. V absolutně nejhorším případě by se mohlo stát, že by se všechny hodnoty hashovaly na stejný hashovací klíč, tudíž by se ukládaly do stejného seznamu. V tomto případě by pak časová složitost na vyhledání hodnoty byla přímo děsivá. Je tedy nutné dobře navrhnout hashovací funkci, aby ke kolizím docházelo co možná nejméně často.

Ukázku, jakým způsobem je možno separátní řetězení naimplementovat, naleznete zde. Je to trochu delší kód, proto jsem ho zde dal ke stažení. Program slouží k uložení různě dlouhých řetězců do hashovací tabulky. Pokud si kód budete chtít vylepšit, můžete si několik řetězců uložit do textového souboru, ty pak v programu načíst a uložit do hashovací tabulky. Pak je můžete zkusit vyhledávat. Udělal jsem hashovací tabulku na 50 hashovacích klíčů, není však problém tuto tabulku zvětšit - stačí v kódu změnit hodnotu konstanty n. Každý prvek hashovací tabulky představuje datovou strukturu seznam, čili při výskytu stejných hashovacích klíčů se data ukládájí do stejného seznamu. Ještě podotýkám, že jsem implementoval pouze metody pro přidávání a hledaní prvků, metoda, která bude prvky mazat, není nikterak složitá.

Známé hashovací funkce

Jistě jste se někdy setkali například s pojmem CRC (Cyclic Redundancy Check, cyklický redundantní součet). Není to nic jiného, než hashovací funkce, která se používá při přenosu nebo při ukládání dat, čili slouží k detekci chyb v datech. To, jak přesně CRC funguje, je myslím zbytečné psát, neboť o tom se určitě najde článků dost. Mezi další hashovací funkce patří například MD-5 nebo SHA-1.

Verze pro tisk

pridej.cz

 

DISKUZE

Hashovaci funkce 7.12.2010 00:03 Aleš Hakl




Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.
> Vyhledávání software
> Vyhledávání článků

18.1.2017 0:49 /František Kučera
Členové a příznivci spolku OpenAlt se pravidelně schází v Praze a Brně. Fotky z pražských srazů za uplynulý rok si můžete prohlédnout na stránkách spolku. Příští sraz se koná už 19. ledna – tentokrát je tématem ergonomie ovládání počítače – tzn. klávesnice, myši a další zařízení. Také budete mít příležitost si prohlédnout pražský hackerspace Brmlab.
Přidat komentář

8.1.2017 17:51 /František Kučera
Máš rád svobodný software a hardware nebo se o nich chceš něco dozvědět? Přijď na sraz spolku OpenAlt, který se bude konat ve čtvrtek 19. ledna od 18:30 v pražském hackerspacu Brmlab. Tentokrát je tématem srazu ergonomie ovládání počítače – tzn. klávesnice, myši a další zařízení. K vidění bude mechanická klávesnice dasKeyboard, trackball Logitech nebo grafický tablet (a velký touchpad) Wacom. Přineste i vy ukázat svoje zajímavé klávesnice a další HW. V 18:20 je sraz před budovou, v 18:30 jdeme společně dovnitř, je tedy dobré přijít včas. Podle zájmu se později přesuneme do nějaké restaurace v okolí.
Přidat komentář

1.12.2016 22:13 /František Kučera
Máš rád svobodný software a hardware nebo se o nich chceš něco dozvědět? Přijď na sraz spolku OpenAlt, který se bude konat ve čtvrtek 8. prosince od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5). Sraz bude tentokrát tématický. Bude retro! K vidění budou přístroje jako Psion 5mx nebo Palm Z22. Ze svobodného hardwaru pak Openmoko nebo čtečka WikiReader. Přijďte se i vy pochlubit svými legendami, nebo alespoň na pivo. Moderní hardware má vstup samozřejmě také povolen.
Komentářů: 1

4.9.2016 20:13 /Pavel `Goldenfish' Kysilka
PR: Dne 22.9.2016 proběhne v Praze konference Cloud computing v praxi. Tématy bude např. nejnovější trendy v oblasti cloudu a cloudových řešení, provozování ERP v cloudu, o hostování různých typů softwaru, ale třeba i o zálohování dat nabízeném podnikům formou služby.
Přidat komentář

1.9.2016 11:27 /Honza Javorek
Česká konference o Pythonu, PyCon CZ, stále hledá přednášející skrz dobrovolné přihlášky. Máte-li zajímavé téma, neváhejte a zkuste jej přihlásit, uzávěrka je již 12. září. Konference letos přijímá i přednášky v češtině a nabízí pomoc s přípravou začínajícím speakerům. Řečníci mají navíc vstup zadarmo! Více na webu.
Přidat komentář

27.8.2016 8:55 /Delujek
Dnes po 4 letech komunitního vývoje vyšla diaspora 0.6.0.0
diaspora* je open-source, distribuovaná sociální síť s důrazem na soukromý
Více v oficiálním blog-postu
Přidat komentář

24.8.2016 6:44 /Ondřej Čečák
Poslední týden CFP LinuxDays 2016; pokud byste rádi přednášeli na LinuxDays 2016 8. a 9. října v Praze, můžete svůj příspěvek přihlásit, následovat bude veřejné hlasování.
Přidat komentář

9.8.2016 22:56 /Petr Ježek
Zařazení souborového systému reiser4 do jádra 4.7 znamená konečně konec patchování jádra jen kvůli možnosti použít reiser4.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

18.1.2017 20:18 / martin horky
Spolupraca linuxu a microsoftu

17.1.2017 9:57 / Pavel Hrubeš
Re: Externí USB televizní karta

4.1.2017 11:24 / Marcum
extension to house

3.1.2017 10:09 / bolden
country cottages

4.12.2016 22:54 / František Kučera
Dárek

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2017) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze