해쉬 테이블(Hash Table)

• Hash Table이란 키(key)에 데이터(value)를 저장하는 데이터 구조다.
• key를 통해 데이터를 바로 받아올 수 있어 속도가 빠르다.
• 파이썬 딕셔너리(dictionary) 타입이 해쉬 테이블의 예이다.
• 보통 배열로 미리 Hash Table 사이즈만큼 생성 후 사용한다. (공간과 탐색 시간을 맞바꾸는 기법)
• 파이썬에서는 딕셔너리가 있기 때문에 해쉬를 별도로 구현할 필요가 없다.

해쉬 테이블 용어설명

• 해쉬(Hash) : 임의 값을 고정 길이로 변환하는 것
• 해쉬 테이블(Hash Table) : 키값의 연산에 의해 직접 접근이 가능한 데이터 구조
• 해싱 함수(Hashing Function) : Key에 대해 산술 연산을 이용해 데이터 위치를 찾을 수 있는 함수
• 해쉬 값(Hash Value) 또는 해쉬 주소(Hash Address) : Key를 해싱 함수로 연산해서 해쉬 값을 알아내고, 이를 기반으로 해쉬 테이블에서 해당 Key에 대한
  데이터 위치를 일관성 있게 찾을 수 있음
• 슬롯(slot): 한 개의 데이터를 저장할 수 있는 공간
• 저장할 데이터에 대해 Key를 추출할 수 있는 별도 함수도 존재할 수 있음

해쉬 테이블 만들기

직접 코드로 구현해보자!

hash_table = list([i for i in range(10)])
print(hash_table) # [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]

해쉬 함수

• 다양한 해쉬 함수 고안 기법 중, 가장 간단한 방식은 Division 법(나누기를 통한 나머지 값을 사용하는 기법)

def hash_func(key):
	return key % 5

이제 해쉬 테이블에 저장해보자.

• 데이터에 따라 필요시 key 생성 방법 정의가 필요하다.

data1 = 'changhyeon'
data2 = 'choi'
data3 = 'star'
data4 = 'bucks'

print(ord(data1[0]), ord(data2[0]), ord(data3[0])) # 99 99 115
print(ord(data1[0]), hash_func(ord(data1[0]))) # 99 4
print(ord(data1[0]), ord(data4[0])) # 99 98

!해쉬 테이블 값 저장 예시

• data: value와 같이 data와 value를 넣으면, 해당 data에 대한
  key를 찾아서, 해당 key에 대응하는 해쉬주소에 value를 저장하는 예

def storage_data(data, value):
	key = ord(data[0])
    hash_address = hash_func(key)
    hash_table[hash_address] = value

storage_data('changhyeon', '19950807')

!데이터 읽어보기

def get_data(data):
	key = ord(data[0])
    hash_address = hash_func(key)
    print(hash_table[hash_address])

get_data('changhyeon') # 19950807

해쉬 테이블의 장단점

• 장점
  데이터 저장/읽기 속도가 빠름(검색 속도 빠름!)
  해쉬는 키에 대한 데이터가 있는지(중복) 확인이 쉬움
• 단점
  일반적으로 저장공간이 좀 더 많이 필요함
  여러 키에 해당하는 주소가 동일할 경우, 충동을 해결하기 위한 별도 자료구조가 필요
• 주요 용도s
  검색이 많이 필요한 경우
  저장, 삭제, 읽기가 빈번한 경우
  캐쉬 구현시(중복 확인이 쉽기 때문)

해쉬 테이블의 시간 복잡도

• 일반적인 경우(Collision이 없는 경우)
  O(1)
• 최악의 경우(Collision이 모두 발생하는 경우)
  O(n)

해쉬 테이블 구현해보기

리스트 변수를 활용해서 해쉬 테이블을 구현해보자!

• 해쉬 함수: key ^% 8
• 해쉬 키 생성: hash(data)

hash_table = list([0 for i in range(8)])
print(hash_table) #[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

def get_key(data):
	return hash(data)

get_key('changhyeon') # -470506737412036400

def hash_func(key):
	return key % 8

def save_data(data, value):
	hash_address = hash_func(get_key(data))
    hash_table[hash_address] = value

def read_data(data):
	hash_address = hash_func(get_key(data))
    print(hash_address)
    print(hash_table[hash_address])


save_data('changhyeon', '01091616424')
save_data('ch', '01012345678')

read_data('changhyeon') #4 #01012345678
read_data('ch') #4 # 01012345678

print(hash_table) #[0, 0, 0, 0, '01012345678', 0, 0, 0]