python - 如何在 Python 自定义字典中实现整数类型键的一致散列?
问题描述
我正在尝试在 Python 中从头开始构建字典。我已经完成了大部分工作,但遇到了一个小问题。首先,我将首先说我使用内置的 Python hash() 来获取键的 hash_result(键可以是 int 或 str),然后索引由字典的 hash_result %容量形成。如果密钥是一串字符,则一切正常。只要键是整数,我的自定义字典就会中断。有时一切正常,有时,键在添加到字典时获得哈希值 0(例如),但是在字典中搜索返回 KeyError 的键时,相同的键返回哈希值 4(例如),因为键映射在索引 0 而不是 4。我相信起初,索引是通过 hash(key) % capacity(例如 4) 计算的,但是一旦容量增加 x2,函数 hash(key) % capacity(现在是 8,因为 x2)返回的索引就会不同,这会导致问题。我在 Wikipedia 中看到了这个公式(哈希(键)% 容量)。我有兴趣了解这是否是我面临的问题,或者如果不是,实际上是什么导致了这种不良行为以及如何解决它。下面是我的代码:
class MyDictionary:
__LOAD_FACTOR_LIMIT = 0.75
__DEFAULT_CAPACITY = 4
def __init__(self):
self.__capacity = self.__DEFAULT_CAPACITY
self.__keys = [[] for i in range(self.__capacity)]
self.__values = [[] for i in range(self.__capacity)]
@property
def keys(self):
return [item for current_list in self.__keys for item in current_list]
@property
def values(self):
return [value for value_list in self.__values for value in value_list]
def __setitem__(self, key, value):
while self.__compute_load_factor() >= self.__LOAD_FACTOR_LIMIT:
self.__extend_dict()
index_hash = self.__hash_function(key)
if self.__is_key_in_dict(index_hash, key):
self.__set_value_to_an_existing_key(index_hash, key, value)
return
self.__set_value_to_a_new_key(index_hash, key, value)
def __getitem__(self, key):
index_hash = self.__hash_function(key)
if self.__is_key_in_dict(index_hash, key):
index_bucket = self.__get_index_bucket(index_hash, key)
return self.__values[index_hash][index_bucket]
raise KeyError('Key is not in dictionary!')
def __str__(self):
key_values = zip(self.keys, self.values)
result = '{' + ", ".join([f"{key}: {value}"
if isinstance(key, int) else f"'{key}': {value}"
for key, value in key_values]) + '}'
return result
def __hash_function(self, key):
index_hash = hash(key) % self.__capacity
return index_hash
def __is_key_in_dict(self, index_hash, key):
if key in self.__keys[index_hash]:
return True
return False
def __get_index_bucket(self, index_hash, key):
index_bucket = self.__keys[index_hash].index(key)
return index_bucket
def __extend_dict(self):
self.__keys += [[] for i in range(self.__capacity)]
self.__values += [[] for i in range(self.__capacity)]
self.__capacity *= 2
def __set_value_to_an_existing_key(self, index_hash, key, value):
index_bucket = self.__get_index_bucket(index_hash, key)
self.__values[index_hash][index_bucket] = value
def __set_value_to_a_new_key(self, index_hash, key, value):
self.__keys[index_hash].append(key)
self.__values[index_hash].append(value)
def __compute_load_factor(self):
k = len(self.__keys)
n = len([bucket for bucket in self.__keys if bucket])
return n / k
def get(self, key, return_value=None):
try:
index_hash = self.__hash_function(key)
index_bucket = self.__get_index_bucket(index_hash, key)
if self.__is_key_in_dict(index_hash, key):
return self.__keys[index_hash][index_bucket]
raise KeyError('Key is not in dictionary!')
except KeyError:
return return_value
def add(self):
pass
def pop(self):
pass
def clear(self):
self.__capacity = self.__DEFAULT_CAPACITY
self.__keys = [[] for i in range(self.__capacity)]
self.__values = [[] for i in range(self.__capacity)]
def items(self):
zipped_key_value = zip(self.keys, self.values)
return [item for item in zipped_key_value]
dictionary = MyDictionary()
dictionary.add()
dictionary[4] = 'hey'
dictionary['2'] = 'cya'
dictionary['4'] = 'welcome'
dictionary['5'] = 'welcome'
dictionary['32'] = 'heya'
dictionary['31'] = 'heya'
dictionary['36'] = 'heya'
dictionary['34'] = 'heya'
print(dictionary[4])
解决方案
__capacity
这是因为您通过在负载超过阈值时调用该方法来增加容量(存储在属性中) __extend_dict
,这使得存储现有值的存储桶的索引不再有效,因为您总是通过以下方式派生索引取容量的模。
因此,每次增加 dict 的容量时,都应该在新索引处重新插入现有的键和值:
def __extend_dict(self):
self.__capacity *= 2
new_keys = [[] for _ in range(self.__capacity)]
new_values = [[] for _ in range(self.__capacity)]
for keys, values in zip(self.__keys, self.__values):
for key, value in zip(keys, values):
index_hash = self.__hash_function(key)
new_keys[index_hash].append(key)
new_values[index_hash].append(value)
self.__keys = new_keys
self.__values = new_values
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