哈希学习笔记

哈希(HASH)

哈希(HASH)本质上是一种映射。

引入1

给定 \(n\) 个正整数，这些正整数的值域均为 \([1,10^6)\)，让你把这些数去重后按从小到大排序后输出。

方法

用一个桶来统计每一个数的次数，最后循环值域，如果次数不为 \(0\)，就输出即可。

时间复杂度：\(O(n)\)，空间复杂度：\(O(10^6)\)。

引入2

给定 \(n\) 个正整数，这些正整数的值域均为 \([1,10^9)\)，让你把这些数去重后按从小到大排序后输出。

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这题发现值域到了 \(10^9\)，很明显无法用桶排来做。

方法1

用STL-unique来写，时间复杂度大概为 \(O(n)\)，可以过。

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不过大部分题目都无法用unique，就有了新的算法-哈希。

方法2-哈希算法

我们用一个函数 \(H\)，将一个很大的数 \(x\) 变为一个可以用数组存下的数。

一般都将哈希函数 \(H(x)\) 定义为 \(x\bmod P\)（\(P\)为一个质数）。

最后将哈希之后的数做桶排即可。

哈希冲突

我们发现如果两个数 \(x,y\) 使 \(H(x)=H(y)\)，此时发现哈希之后冲突了，答案就错误。此时就叫哈希冲突、

解决哈希冲突

我们用一个链表处理 \(0\sim P-1\) 的模数情况。即，将 \(x\) 插入到 \(H(x)\) 的链表下。

每次插入时遍历 \(H(x)\) 的链表，如果没有重复就插入，否则就不插入链表。

时间复杂度

\( O(n\cdot len) \approx O(n\cdot \dfrac{n}{P}) \)

\(\text{当}P\approx n\text{时，}O(n\cdot \dfrac{n}{P})\approx O(n)\)。

此时的时间复杂度就十分优秀了。

模板代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int MOD = 999983;

int n, x, ans;

vector <int> G[MOD + 5];

int Hash (int x) {
  return x % MOD;
}

int insert (int x) {
  int val = Hash(x);
  for (int i = 0; i < G[val].size(); ++i) {
    if (G[val][i] == x) return 0;
  }
  G[val].push_back(x);
  return 1; 
}

int main() {
  cin >> n;
  for (int i = 1; i <= n; ++i) {
    cin >> x;
    ans += insert(x);
  } 
  cout << ans << endl; 
  return 0;
} 

例题

• P4305 [JLOI2011]不重复数字

这题定义哈希函数 \(H(x)=x\bmod P\)，如果过不了，别忘了考虑负数的情况。

代码：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N = 5e4 + 5;
const int MOD = 999983;

int T, n, ans;
int a[N];

vector <int> G[MOD + 5];

int Hash (int x) {
  return (x % MOD + MOD) % MOD;
}

int insert (int x) {
  int val = Hash(x);
  for (int i = 0; i < G[val].size(); ++i) {
    if (G[val][i] == x) return 0;
  }
  G[val].push_back(x);
  return 1;
}

int main() {
  cin >> T;
  while (T--) {
    cin >> n;
    ans = 0;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
      scanf("%d", &a[i]);
    }
    for (int i = 0; i < MOD; ++i) {
      G[i].clear();
    }
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
      if (insert(a[i]) == 1) {
        cout << a[i] << " ";
      }
    }
    cout << endl;
  }
  return 0;
}

• P1955 [NOI2015]程序自动分析

首先先看题目，看到有 \(x_i=x_j\) 时，就想到了用图论的并查集来做。即，先将所有 \(e=1\) 的情况中的 \((i,j)\) 合并，最后合并完再枚举 \(e=0\) 的情况看是否在同一个连通块就行了。

可发现数据范围中的

\(1\leq i,j\leq 10^9\)

就知道用纯的并查集过不去。于是想到了用哈希将数的范围缩小，随后并查集维护即可。哈希函数一样是 \(H(x) = x\bmod P\)。时间复杂度：$O(n\cdot\alpha(n))\approx O(n) $

代码：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N = 1e5 + 5;
const int MOD = 990887;

int T, n;
int x[N], y[N], opt[N];
int fa[MOD + 5];

int Hash (int x) {
  return x % MOD;
}

int find (int x) {
  if (x == fa[x]) return x;
  else return fa[x] = find(fa[x]);
}

void unionn (int x, int y) {
  int fx = find(x), fy = find(y);
  if (fx != fy) fa[fx] = fy;
  return ;
}

int main() {
  cin >> T;
  while (T--) {
    cin >> n;
    for (int i = 0; i < MOD; ++i) {
      fa[i] = i;
    }
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
      cin >> x[i] >> y[i] >> opt[i];
      if (opt[i] == 1) unionn(Hash(x[i]), Hash(y[i]));
    }
    bool flag = false;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
      if (opt[i] == 0) {
        if (find(Hash(x[i])) == find(Hash(y[i]))){
          puts("NO");
          flag = true;
          break;
        }
      }
    }
    if (flag == false) puts("YES"); 
  }
  return 0;
}

• SP4354 TWINSNOW - Snowflakes

样例输入(POJ)：

2
1 2 3 4 5 6
4 3 2 1 6 5

样例输出(POJ)：

Twin snowflakes found.

---

首先看到这题，发现每个雪花是一个含有六个数的序列，我们就定义这个序列的哈希值为这些数的和 \(\bmod P\) 的值，即：

\[H(a)=\sum_{i=1}^{6}{a_i} \]

（当然也可以是别的，比如这个序列的和加这个序列的乘积 \(\bmod P\) 的值，只要与这个序列的顺序无关即可）

需要注意的是，判断两个雪花是否相同时，从某个节点，顺时针和逆时针都要比较才行。

代码：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
#define int long long
using namespace std;

const int N = 1e5 + 5;
const int MOD = 99991;

int n;
int a[N][20];

vector <int> G[MOD + 5];

int Hash (int ind) {
  int sum = 0;
  for (int i = 1; i <= 6; ++i) {
    sum = (sum + a[ind][i]) % MOD;
  }
  return sum % MOD;
}

bool issame (int ind1, int ind2) {
  for (int i = 1; i <= 6; ++i) {
    for (int j = 1; j <= 6; ++j) {
      bool flag = true;
      for (int k = 0; k < 6; ++k) {
        if (a[ind1][(i + k) % 6 + 1] != a[ind2][(j + k) % 6 + 1]) flag = false;
      }
      if (flag == true) return true;
      flag = true;
      for (int k = 0; k < 6; ++k) {
        if (a[ind1][(i + k) % 6 + 1] != a[ind2][(j - k + 6) % 6 + 1]) flag = false;
      }
      if (flag == true) return true;
    }
  }
  return false;
}

int insert (int ind) {
  int val = Hash(ind);
  for (int i = 0; i < G[val].size(); ++i) {
    if (issame(G[val][i], ind)) return 1;
  }
  G[val].push_back(ind);
  return 0;
}

int ans = 0;

signed main() {
  cin >> n;
  for (int i = 1; i <= n; ++i) {
    for (int j = 1; j <= 6; ++j) {
      scanf("%lld", &a[i][j]);
    } 
    if (insert(i) == 1) {
      puts("Twin snowflakes found.");
      return 0;
    }
  }
  puts("No two snowflakes are alike.");
  return 0;
}

字符串哈希