移情别恋c++ ദ്ദി˶ｰ̀֊ｰ́ ) ——14.哈希(1)

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unordered系列关联式容器

在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到== l o g 2 N log_2 N log2​N==，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好 的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个 u n o r d e r m a p \color{red}{unordermap} unordermap系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是 其**底层结构不同**

1. unordered_map

​ unordermap文档

unordered_map：

unordered_map是一种关联容器，它存储的是键值对（key-value pairs），并且键是唯一的。它使用哈希表来快速查找键。

特点：

键值对存储：每个元素是一个std::pair<const Key, T>，其中Key是键，T是对应的值。无序存储：元素在哈希表中是无序存储的，插入的顺序不保证元素的顺序。唯一键：同一个键只能存在一个，如果插入相同键，会覆盖原有键对应的值。时间复杂度：查找、插入、删除的平均时间复杂度是O(1)，但在最坏情况下，复杂度可能退化为O(n)，比如在哈希冲突严重的情况下。

常用操作：

插入：umap.insert({key, value}) 或 umap[key] = value查找：umap.find(key) 返回迭代器，如果找不到则返回umap.end()删除：umap.erase(key) 或 umap.erase(迭代器)访问元素：umap[key] 如果键不存在，会自动插入该键并赋值为T()（默认构造值）大小：umap.size() 返回元素个数

适用场景：

unordered_map适合需要频繁进行键值对查找、插入、删除的场景，特别是在不关心元素顺序的情况下。比如统计元素频次、缓存（cache）实现等。

2. unordered_map的接口说明

1.unordered_map的构造

函数声明	功能介绍
unordered_map	构造不同格式的unordered_map对象

2.unordered_map的容量

函数声明	功能介绍
bool empty() const	检测unordered_map是否为空
size_t size() const	获取unordered_map的有效元素个数

3. unordered_map的迭代器

begin	返回unordered_map第一个元素的迭代器
end	返回unordered_map最后一个元素下一个位置的迭代器
cbegin	返回unordered_map第一个元素的const迭代器
cend	返回unordered_map最后一个元素下一个位置的const迭代器

4.unordered_map的元素访问!!!

函数声明	功能介绍
operator[]	返回与key对应的value,若没有key则插入一个，并返回value默认值

5.unordered_map的查询

iterator find(constK& key)	返回key在哈希桶中的位置
size_t count(constK& key)	返回哈希桶中关键码为key的键值对的个数

注意：**key是不能重复**的，因此count函数的返回值最大为1

6.unordered_map的修改操作

insert	向容器中插入键值对
erase	删除容器中的键值对
clear	清空容器中有效元素个数
void swap(unordered map&)	交换两个容器中的元素

3. unordered_set：

unordered_set也是一个哈希容器，但它只存储唯一的键（没有值），也就是说它只关心元素是否存在，而不关心元素的具体值。

特点：

元素唯一：集合中的每个元素是唯一的，不能包含重复元素。无序存储：元素以无序的方式存储，插入顺序不影响元素的排列顺序。哈希表实现：与unordered_map一样，unordered_set基于哈希表实现。时间复杂度：查找、插入、删除的平均时间复杂度是O(1)，但在最坏情况下也可能退化为O(n)。

常用操作：

插入：uset.insert(element) 插入元素查找：uset.find(element) 查找元素，返回迭代器，如果找不到则返回uset.end()删除：uset.erase(element) 或 uset.erase(迭代器)判断是否存在：uset.count(element) 返回元素是否存在，存在返回1，不存在返回0大小：uset.size() 返回集合中元素的个数

适用场景：

unordered_set适合需要频繁进行集合操作的场景，比如元素去重、快速查找某个元素是否存在等。

4.小习题

https://leetcode.cn/problems/n-repeated-element-in-size-2n-array/description/

class Solution {public:    int repeatedNTimes(vector<int>& nums) {               int length = nums.size()/2;        unordered_map<int, int> it;        for (auto& e : nums)         {            it[e]++;                    }                for (auto e : it)         {            if (e.second == length)             {                return e.first;            }        }        return 1;//这里只是象征性地写一个return 1，不然会报错    }};

https://leetcode.cn/problems/uncommon-words-from-two-sentences/description/

class Solution {public:    vector<string> uncommonFromSentences(string s1, string s2) {     vector<string> arr;     vector<string> brr;     vector<string> crr;     string it;     it.clear();     for(auto e:s1)     {        if(e==' '||e=='\0')        {            arr.push_back(it);            it.clear();        }        else        it+=e;     }            arr.push_back(it);            it.clear();     map<string,int> a1;     for(auto e:arr)     {        a1[e]++;     }          for(auto e:s2)     {        if(e==' '||e=='\0')        {            brr.push_back(it);            it.clear();        }        else        it+=e;     }            brr.push_back(it);            it.clear();     map<string,int> a2;     for(auto e:brr)     {        a2[e]++;     }      auto it1=a1.begin();      auto it2=a2.begin();  while(it1!=a1.end()&&it2!=a2.end()) {    if(it1->first!=it2->first)    {        if(it1->first<it2->first)        {            if(it1->second==1)            crr.push_back(it1->first);            it1++;        }        else        {            if(it2->second==1)            crr.push_back(it2->first);            it2++;        }    }    else    {       it1++;       it2++;    } }while(it1!=a1.end()){    if(it1->second==1)    crr.push_back(it1->first);    it1++;}while(it2!=a2.end()){     if(it2->second==1)    crr.push_back(it2->first);     it2++;}return crr;    }};

5.底层结构

unordered系列的关联式容器之所以效率比较高，是因为其底层使用了哈希结构。

哈希概念：

顺序结构以及平衡树中，元素关键码与其存储位置之间没有对应的关系，因此在查找一个元素 时，必须要经过关键码的多次比较。顺序查找时间复杂度为O(N)，平衡树中为树的高度，即 O( l o g 2 N log_2 N log2​N)，搜索的效率取决于搜索过程中元素的比较次数。 理想的搜索方法：可以不经过任何比较，一次直接从表中得到要搜索的元素。 如果构造一种存储结构，通过某种函数(hashFunc)使元素的存储位置与它的关键码之间能够建立 一一**映射**的关系，那么在查找时通过该函数可以很快找到该元素。

当向该结构中：

插入元素 根据待插入元素的关键码，以此函数==计算出该元素的存储位置==并按此位置进行存放搜索元素 对元素的关键码进行同样的计算，把求得的函数值当做元素的存储位置，在结构中按此位置 取元素比较，若关键码相等，则搜索成功

储结构，通过某种函数(hashFunc)使元素的存储位置与它的关键码之间能够建立 一一**映射**的关系，那么在查找时通过该函数可以很快找到该元素。

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3. 二者的对比：

特性	unordered_map	unordered_set
存储内容	键值对（key-value pairs）	唯一元素（unique elements）
键是否唯一	是	是
值	有	无
时间复杂度	平均O(1)（最坏O(n)）	平均O(1)（最坏O(n)）
顺序保证	无序	无序
适用场景	键值对的快速查找、插入、删除	元素集合的快速查找、插入、删除

4. 小结：

如果需要存储键值对并希望能够通过键快速访问相应的值，unordered_map是更好的选择。如果仅需要存储唯一的元素并希望进行集合操作（如查找、插入、删除），unordered_set更为合适。

两者的核心思想都是通过哈希函数来定位元素，从而提供快速的访问和操作。