Design and Analysis of Coalesced Hashing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Jeffrey Scott Vitter

出品人:

页数:172

译者:

出版时间:1986-10-16

价格:USD 39.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780195041828

丛书系列:

图书标签:

• 哈希表
• 开放寻址
• 聚类哈希
• 数据结构
• 算法
• 性能分析
• 存储管理
• 数据库
• 信息检索
• 计算机科学

探秘数据组织：算法效率与结构优化的交汇点 在信息的海洋中，如何高效地存储、检索和管理海量数据，始终是计算机科学领域的核心挑战。本书《设计与分析——链式散列》深入剖析了数据结构中最具实用价值的分支之一——散列技术，尤其聚焦于链式散列（Coalesced Hashing）这一独特而强大的方法。它不仅仅是对散列概念的介绍，更是对如何通过巧妙的设计和严谨的分析，将散列技术的潜力发挥到极致的深度探索。 为何链式散列值得我们深入研究？ 散列技术以其平均时间复杂度接近O(1)的优势，在数据库、编译器、搜索引擎等众多领域大放异彩。然而，当发生碰撞（即不同的键映射到同一个散列地址）时，如何优雅且高效地处理，直接关系到整个系统的性能。开放定址法（Open Addressing）虽然减少了额外的存储空间，但在处理大量碰撞时，探测序列的长度可能急剧增加，导致性能下降，甚至出现聚集现象。 链式散列（Separate Chaining）通过为每个散列地址关联一个列表来存储发生碰撞的键值对，解决了开放定址法的探测问题。但传统的链式散列需要额外的指针来构建链表，这会增加内存开销，并且在访问链表元素时，需要额外的内存跳转，可能影响缓存的局部性。 链式散列（Coalesced Hashing）正是为了克服这些不足而诞生的。它巧妙地将链式散列的思想融入到开放定址法的框架中。与传统链式散列不同，链式散列不为每个散列地址创建独立的链表，而是将发生碰撞的元素存储在散列表中未被占用的槽位中，并通过指针将它们连接起来，形成“链”。这种方法既避免了额外的链表结构，又能够相对高效地处理碰撞，在内存使用和访问速度上取得了很好的平衡。 本书将带领您深入的探索： 散列函数设计与分析： 成功的散列技术离不开一个好的散列函数。本书将详细介绍各种散列函数的原理、特性以及如何根据不同的数据分布和应用场景进行选择和设计。我们将探讨均匀散列、乘法散列、除法散列等经典方法，并分析它们在不同数据集上的表现。同时，我们也会触及如何构建能够抵御恶意攻击（如拒绝服务攻击）的健壮散列函数。 碰撞处理策略的演进： 从简单的线性探测到二次探测，再到双重散列，开放定址法的碰撞处理经历了不断的优化。本书将回溯这些经典的碰撞处理方法，分析它们的优缺点，为理解链式散列的创新之处奠定基础。我们将深入剖析链式散列如何通过将链式访问与开放地址表的存储相结合，提供一种更为灵活和高效的碰撞解决方案。 链式散列的精妙之处： 这是本书的重头戏。我们将详细介绍不同类型的链式散列，例如： 标准链式散列 (Standard Coalesced Hashing): 阐述其基本原理，即碰撞元素存储在表的末尾，并通过指针链接。我们将详细分析其查找、插入和删除操作的时间复杂度，并探讨其在不同负载因子下的性能表现。 带有链式槽位的链式散列 (Coalesced Hashing with Chaining at Each Slot): 探讨将小型链表与散列表槽位结合的变体，分析其如何进一步优化碰撞处理，以及在特定场景下的优势。 分段链式散列 (Segmented Coalesced Hashing): 介绍如何将散列表划分为多个段，每个段独立进行链式散列处理，分析这种分段策略对性能和内存管理的影响。 循环链式散列 (Circular Coalesced Hashing): 探索将链表进行循环处理，以实现更高效的内存利用和探测。 性能分析与优化： 理论固然重要，但实际应用中的性能表现才是关键。本书将提供一套严谨的数学分析框架，用于评估链式散列在不同负载因子、不同散列函数以及不同数据分布下的性能。我们将利用概率论和统计学的方法，推导出查找、插入和删除操作的平均和最坏情况下的时间复杂度。此外，我们还会深入探讨影响链式散列性能的关键因素，并提出相应的优化策略，例如： 散列表大小的选择与动态调整： 如何根据预期的数据量选择合适的散列表大小，以及在数据量变化时如何进行有效的动态扩容或缩减。 指针的存储效率： 分析指针大小对内存占用的影响，并探讨是否有更节省内存的指针表示方法。 缓存友好性分析： 探讨链式散列的访问模式如何影响CPU缓存的命中率，以及如何通过调整数据布局和访问顺序来提高缓存效率。 实际应用场景与案例研究： 理论知识需要实践来检验。本书将通过丰富的实际应用案例，展示链式散列在不同领域的卓越表现，例如： 数据库索引： 如何利用链式散列构建高效的数据库索引，加速数据检索。 内存管理： 在操作系统和高级编程语言中，链式散列如何在内存分配和管理中发挥作用。 网络协议栈： 在网络路由、包过滤等场景下，链式散列如何实现高速的数据包处理。 编译器符号表： 如何利用链式散列快速查找和管理程序中的标识符。 与其他散列技术的比较： 为了更全面地理解链式散列的地位，本书还将将其与开放定址法（线性探测、二次探测、双重散列）和传统的链式散列（Separate Chaining）进行详细的比较。我们将从时间复杂度、空间复杂度、实现复杂度、缓存效率以及对不同数据分布的敏感性等多个维度进行深入分析，帮助读者选择最适合其特定应用场景的散列技术。 本书的目标读者： 本书适合所有对数据结构和算法感兴趣的读者，包括： 计算机科学专业的学生： 为您打下坚实的数据结构和算法基础，深入理解散列技术的精髓。 软件工程师： 提升您设计和实现高性能数据存储系统的能力，优化现有应用的性能瓶颈。 数据科学家和算法研究人员： 为您提供更深入的理论分析工具和前沿的算法思想，助力您的研究工作。 对信息检索和数据管理有兴趣的任何人士： 帮助您理解信息爆炸时代下，数据组织和检索的内在逻辑。 《设计与分析——链式散列》不仅是一本技术手册，更是一次对数据组织效率的深度思考。它将引导您穿越复杂的算法世界，领略链式散列在数据结构设计中的智慧与优雅，让您能够游刃有余地应对海量数据的挑战，构建更快速、更高效、更健壮的信息系统。

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