Public Function LocateItem(Value As Long, pos As Integer, _
probes As Integer) As Integer
Dim new_value As Long
probes = 1
pos = (Value Mod m_NumEntries)
Do
new_value = m_HashTable(pos)
' Элемента в таблице нет.
If new_value = UNUSED Or probes > NumEntries Then
LocateItem = HASH_NOT_FOUND
pos = -1
Exit Function
End If
' Элемент найден или его нет в таблице.
If new_value >= Value Then Exit Do
pos = (pos + 1) Mod NumEntries
probes = probes + 1
Loop
If Value = new_value Then
LocateItem = HASH_FOUND
Else
LocateItem = HASH_NOT_FOUND
End If
End Function
Для того, чтобы этот метод работал, необходимо организовать элементы в хеш‑таблице так, чтобы при выполнении тестовой последовательности они встречались в возрастающем порядке. Существует достаточно простой метод вставки элементов, который гарантирует такое расположение элементов.
Когда в таблицу вставляется новый элемент, для него выполняется тестовая последовательность. Если найдется свободная ячейка, то элемент вставляется в эту позицию и процедура завершена. Если встречается элемент, значение которого больше значения нового элемента, то они меняются местами и продолжается выполнение тестовой последовательности для большего элемента. При этом может встретиться элемент с еще большим значением. Тогда элементы снова меняются местами, и выполняется поиск нового местоположения для этого элемента. Этот процесс продолжается до тех пор, пока, в конце концов, не найдется свободная ячейка, при этом возможно несколько элементов меняются местами.
========299-300
Public Function InsertItem(ByVal Value As Long, pos As Integer,_ probes As Integer) As Integer
Dim new_value As Long
Dim status As Integer
' Проверить, заполнена ли таблица.
If m_NumUnused < 1 Then
' Поиск элемента.
status = LocateItem(Value, pos, probes)
If status = HASH_FOUND Then
InsertItem = HASH_FOUND
Else
InsertItem = HASH_TABLE_FULL
pos = -1
End If
Exit Function
End If
probes = 1
pos = (Value Mod m_NumEntries)
Do
new_value = m_HashTable(pos)
' Если значение найдено, поиск завершен.
If new_value = Value Then
InsertItem = HASH_FOUND
Exit Function
End If
' Если ячейка свободна, элемент должен находиться в ней.
If new_value = UNUSED Then
m_HashTable(pos) = Value
HashForm.TableControl(pos).Caption = Format$(Value)
InsertItem = HASH_INSERTED
m_NumUnused = m_NumUnused - 1
Exit Function
End If
' Если значение в ячейке таблицы больше значения
' элемента, поменять их местами и продолжить.
If new_value > Value Then
m_HashTable(pos) = Value
Value = new_value
End If
pos = (pos + 1) Mod NumEntries
probes = probes + 1
Loop
End Function
Программа Ordered демонстрирует открытую адресацию с упорядоченной линейной проверкой. Она идентична программе Linear, но использует упорядоченную хеш‑таблицу.
В табл. 11.2 приведена средняя длина успешной и безуспешной тестовых последовательностей при использовании линейной и упорядоченной линейной проверок. Средняя длина успешной проверки для обоих методов почти одинакова, но в случае неуспеха упорядоченная линейная проверка выполняется намного быстрее. Разница в особенности заметна, если хеш‑таблица заполнена более, чем на 70 процентов.
=========301
@Таблица 11.2. Длина поиска при использовании линейной и упорядоченной линейной проверки
В обоих методах для вставки нового элемента требуется примерно одинаковое число шагов. Чтобы вставить элемент K в таблицу, каждый из методов начинает с позиции (K Mod NumEntries) и перемещается по таблице до тех пор, пока не найдет свободную ячейку. Во время упорядоченного хеширования может потребоваться поменять вставляемый элемент на другие в его тестовой последовательности. Если элементы представляют собой записи большого размера, то на это может потребоваться больше времени, особенно если записи находятся на диске или каком‑либо другом медленном запоминающем устройстве.
Упорядоченная линейная проверка определенно является лучшим выбором, если вы знаете, что программе придется совершать большое число безуспешных операций поиска. Если программа будет часто выполнять поиск элементов, которых нет в таблице, или элементы таблицы имеют большой размер и перемещать их достаточно сложно, то можно получить лучшую производительность при использовании неупорядоченной линейной проверки.
Один из способов уменьшить первичную кластеризацию состоит в том, чтобы использовать хеш‑функцию следующего вида:
Hash(K, P) = (K + P2) Mod N где P = 0, 1, 2, ...
Предположим, что при вставке элемента в хеш‑таблицу он отображается в кластер, образованный другими элементами. Если элемент отображается в позицию возле начала кластера, то возникнет еще несколько конфликтов прежде, чем найдется свободная ячейка для элемента. По мере роста параметра P в тестовой функции, значение этой функции быстро меняется. Это означает, что позиция, в которую попадет элемент в конечном итоге, возможно, окажется далеко от кластера.
=======302
На рис. 11.8 показана хеш‑таблица, содержащая большой кластер элементов. На нем также показаны тестовые последовательности, которые возникают при попытке вставить два различных элемента в позиции, занимаемые кластером. Обе эти тестовые последовательности заканчиваются в точке, которая не прилегает к кластеру, поэтому после вставки этих элементов размер кластера не увеличивается.
Следующий код демонстрирует поиск элемента с использованием квадратичной проверки (quadratic probing):
Public Function LocateItem(Value As Long, pos As Integer, probes As Integer) As Integer
Dim new_value As Long
probes = 1
pos = (Value Mod m_NumEntries)
Do
new_value = m_HashTable(pos)
' Элемент найден.
If new_value = Value Then
LocateItem = HASH_FOUND
Exit Function
End If
' Элемента нет в таблице.
If new_value = UNUSED Or probes > NumEntries Then
LocateItem = HASH_NOT_FOUND
pos = -1
Exit Function
End If
pos = (Value + probes * probes) Mod NumEntries
probes = probes + 1
Loop
End Function
Программа Quad демонстрирует открытую адресацию с использованием квадратичной проверки. Она аналогична программе Linear, но использует квадратичную, а не линейную проверку.
В табл. 11.3 приведена средняя длина тестовых последовательностей, полученных в программах Linear и Quad для хеш‑таблицы со 100 ячейками, значения элементов в которой находятся в диапазоне от 1 до 999. Квадратичная проверка обычно дает лучшие результаты.
@Рис. 11.8. Квадратичная проверка
======303
@Таблица 11.3. Длина поиска при использовании линейной и квадратичной проверки
Квадратичная проверка также имеет некоторые недостатки. Из‑за способа формирования тестовой последовательности, нельзя гарантировать, что она обойдет все ячейки в таблице, что означает, что иногда в таблицу нельзя будет вставить элемент, даже если она не заполнена до конца.
Например, рассмотрим небольшую хеш‑таблицу, состоящую всего из шести ячеек. Тестовая последовательность для числа 3 будет следующей:
3
3 + 12 = 4 = 4 (Mod 6)
3 + 22 = 7 = 1 (Mod 6)
3 + 32 = 12 = 0 (Mod 6)
3 + 42 = 19 = 1 (Mod 6)
3 + 52 = 28 = 4 (Mod 6)
3 + 62 = 39 = 3 (Mod 6)
3 + 72 = 52 = 4 (Mod 6)
3 + 82 = 67 = 1 (Mod 6)
3 + 92 = 84 = 0 (Mod 6)
3 + 102 = 103 = 1 (Mod 6)
и так далее.
Эта тестовая последовательность обращается к позициям 1 и 4 дважды перед тем, как обратиться к позиции 3, и никогда не попадает в позиции 2 и 5. Чтобы пронаблюдать этот эффект, создайте в программе Quad хеш‑таблицу с шестью ячейками, а затем вставьте элементы 1, 3, 4, 6 и 9. Программа определит, что таблица заполнена целиком, хотя две ячейки и остались неиспользованными. Тестовая последовательность для элемента 9 не обращается к элементам 2 и 5, поэтому программа не может вставить в таблицу новый элемент.
=======304
Можно показать, что квадратичная тестовая последовательность будет обращаться, по меньшей мере, к N/2 ячеек таблицы, если размер таблицы N — простое число. Хотя при этом гарантируется некоторый уровень производительности, все равно могут возникнуть проблемы, если таблица почти заполнена. Так как производительность для почти заполненной таблицы в любом случае сильно падает, то возможно лучше будет просто увеличить размер хеш-таблицы, а не беспокоиться о том, сможет ли тестовая последовательность найти свободную ячейку.
Не столь очевидная проблема, которая возникает при применении квадратичной проверки, заключается в том, что хотя она устраняет первичную кластеризацию, во время нее может возникать похожая проблема, которая называется вторичной кластеризацией (secondary clustering). Если два элемента отображаются в одну ячейку, для них будет выполняться одна и так же тестовая последовательность. Если множество элементов отображаются на одну из ячеек таблицы, они образуют вторичный кластер, который распределен по хеш‑таблице. Если появляется новый элемент с тем же самым начальным значением, для него приходится выполнять длительную тестовую последовательность, прежде чем он обойдет элементы во вторичном кластере.
На рис. 11.9 показана хеш‑таблица, которая может содержать 10 ячеек. В таблице находятся элементы 2, 12, 22 и 32, которые все изначально отображаются в позицию 2. Если попытаться вставить в таблицу элемент 42, то нужно будет выполнить длительную тестовую последовательность, которая обойдет все эти элементы, прежде чем найдет свободную ячейку.
Степень кластеризации растет, если в кластер добавляются элементы, которые отображаются на уже занятые кластером ячейки. Вторичная кластеризация возникает, когда для элементов, которые первоначально должны занимать одну и ту же ячейку, выполняется одна и та же тестовая последовательность, и образуется вторичный кластер, распределенный по хеш‑таблице. Можно устранить оба эти эффекта, если сделать так, чтобы для разных элементов выполнялись различные тестовые последовательности, даже если элементы первоначально и должны были занимать одну и ту же ячейку.
Один из способов сделать это заключается в использовании в тестовой последовательности генератора псевдослучайных чисел. Для вычисления тестовой последовательности для элемента, его значение используется для инициализации генератора случайных чисел. Затем для построения тестовой последовательности используются последовательные случайные числа, получаемые на выходе генератора. Это называется псевдослучайной проверкой (pseudo‑random probing).