如何使我的哈希算法更快

Question

我的问题与 CS50 pset5 中的任务有关。对于那些对此一无所知的人，我会尽力解释。没什么特别的。我只需要创建一个函数来接收字典文件（之前写过，该文件中的所有单词都是大写的），其中包含超过 20K 个单词，并以某种方式对它们进行排序。我做了简单而天真的算法，构建哈希-table，它根据单词的第一个字母对单词进行排序。而且我已经通过了 CS50 的所有检查，所以我的程序运行良好。但与课程相比 - 它太慢了。人员的执行时间是0.1s，而我的是5.0s - 7.0s。我可以在此代码中改进什么以使其更快？还是我应该彻底改变一切？我没有优化经验，`因为刚开始学习。向你们中的任何一个人学习都会很棒 =) 提前致谢！

// Some constant values, which are declared before the function
#define LENGTH  46
#define ALPHALENGTH  26
/* Definition of node struct. Nothing special, in fact =) */
typedef struct node {
    char word[LENGTH +1];
    struct node *next;
} node;

node *hashTable[ALPHALENGTH];

bool load(const char *dictionary) { 
    FILE *f = fopen(dictionary, "r");

    if (f == NULL) {
        return false;
    }

    char word[LENGTH + 1];    
    int hash = 0;

    for (int i = 0; i < ALPHALENGTH; i++) {
        hashTable[i] = NULL;
    }

    // 46 - is LENGTH, but for some reason it is impossible 
    // to put variable`s name between quotation marks
    while (fscanf(f, "%46s", word) == 1) {
        // make every letter lowercase to get result from 0 - 25
        hash = tolower(word[0]) - 'a';
        node *new_node = malloc(sizeof(node));
        strcpy(new_node->word, word);

        // check if element is first in the list
        if (hashTable[hash] == NULL) {
            new_node->next = NULL;
            hashTable[hash] = new_node;
        } else {
            node *ptr = hashTable[hash];

            do {
                if (ptr->next == NULL) {
                    break;
                }
                ptr = ptr->next;
            } while (true);

            ptr->next = new_node;
            new_node->next = NULL;
        }
    }

    fclose(f);

    return true;
}

Answer 1

你的问题不在于你的哈希函数；是你的散列 table 太小了。

从事物的声音来看，您有大约 26 个哈希桶用于 20,000 多个单词。这会在每个桶中放置 750 到 1000 个单词。（在某些情况下可能更多，因为您使用的哈希函数不统一。例如，以 x 或 q 开头的单词很少。）

尝试将哈希 table 扩展到 1000 个条目（例如），以便每个桶中大约有 20 个条目。您将需要一个新的哈希函数来执行此操作；任何东西都可以工作，但要工作得很好，它需要生成不超过 table 大小的值。（例如，将所有字母的值加在一起是行不通的，因为它几乎永远不会达到 1000。）

Answer 2

问题是不在你的散列函数中，也不在你的散列大小table中，它在您的列表管理：您将单词附加到相应列表的方法的复杂度为 O(N²).

顺便说一句，您的散列函数 不是用于散列，而是用于调度。您仅在每个单词的第一个字母上排序 table ，使具有相同首字母的单词保持相同的顺序。如果您打算对字典进行完全排序，您仍然需要对每个列表进行排序。

通过在列表前添加列表并在解析阶段结束时反转列表，您可以在保持相同语义的同时显着提高性能。

对于包含 20,000 个单词的词典，下面的代码运行速度 50 倍（正如 CS50 网站所预期的那样）：

#include <ctype.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define LENGTH  46
#define ALPHALENGTH  26
typedef struct node {
    struct node *next;
    char word[LENGTH +1];
} node;

node *hashTable[ALPHALENGTH];

bool load(const char *dictionary) {
    FILE *f = fopen(dictionary, "r");

    if (f == NULL) {
        return false;
    }

    char word[LENGTH + 1];
    int hash = 0;

    for (int i = 0; i < ALPHALENGTH; i++) {
        hashTable[i] = NULL;
    }

    while (fscanf(f, "%46s", word) == 1) {
        node *new_node = malloc(sizeof(node));
        if (new_node == NULL)
            return false;
        // make every letter lowercase to get result from 0 - 25
        hash = tolower(word[0]) - 'a';
        strcpy(new_node->word, word);
        /* prepending to the list */
        new_node->next = hashTable[hash];
        hashTable[hash] = new_node;
    }

    for (int i = 0; i < ALPHALENGTH; i++) {
        node *n, *prev, *next;
        /* reverse list */
        for (prev = NULL, n = hashTable[i]; n != NULL; ) {
            next = n->next;
            n->next = prev;
            prev = n;
            n = next;
        }
        hashTable[i] = prev;
    }

    fclose(f);

    return true;
}

void save(void) {
    for (int i = 0; i < ALPHALENGTH; i++) {
        for (node *n = hashTable[i]; n != NULL; n = n->next) {
            puts(n->word);
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc > 1) {
        if (load(argv[1]))
            save();
    }
}

将 fscanf() 更改为更简单的 fgets() 可能会提供边际性能改进，但代价是字典格式的语义更受限制。

如何使我的哈希算法更快

How to make my hashing algorithm faster

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hash-function

hashtable

cs50