Tag Archives: datastructures

Хеш таблица

Хеш таблица позволяет реализовать структуру данных ассоциативный массив (словарь), со средней производительностью O(1) для операций вставки, удаления, поиска.

Ниже пример простейшей реализации хэш мапы на nodeJS:

Как это работает? Следим за руками:

  • Внутри хеш мапы находится массив
  • Внутри элемента массива находится указатель на первую ноду связанного списка
  • Размечается память для массива указателей (например 65535 элементов)
  • Реализуют хеш функцию, на вход идет ключ словаря, а на выходе она может делать что угодно, но в итоге возвращает индекс элемента массива

Как работает запись:

  • На вход идет пара ключ – значение
  • Хэш функция возвращает индекс по ключу
  • Получаем ноду связанного списка из массива по индексу
  • Проверяем соответствует ли он ключу
  • Если соответствует, то заменяем значение
  • Если не соответствует, то переходим к следующей ноде, пока найдем либо, не найдем ноду с нужным ключом.
  • Если ноду так и не нашли, то создаем ее в конце связанного списка

Как работает поиск по ключу:

  • На вход идет пара ключ – значение
  • Хэш функция возвращает индекс по ключу
  • Получаем ноду связанного списка из массива по индексу
  • Проверяем соответствует ли он ключу
  • Если соответствует, то возвращаем значение
  • Если не соответствует, то переходим к следующей ноде, пока найдем либо, не найдем ноду с нужным ключом.

Зачем нужен связанный список внутри массива? Из-за возможных коллизий при вычислении хеш функции. В таком случае несколько разных пар ключ-значение будут находиться по одинаковому индексу в массиве, в таком случае осуществляется проход по связанному списку с поиском необходимого ключа.

Источники

https://ru.wikipedia.org/wiki/Хеш-таблица
https://www.youtube.com/watch?v=wg8hZxMRwcw

Исходный код

https://gitlab.com/demensdeum/datastructures

Стек машина и RPN

Допустим нам необходимо реализовать простой интерпретатор байткода, какой подход к реализации этой задачи выбрать?

Структура данных Стек предоставляет возможность реализовать простейшую байткод-машину. Особенности и реализации стек машин описаны во множестве статей западного и отечественного интернета, упомяну только что виртуальная машина Java является примером стековой машины.

Принцип работы машины прост, на вход подается программа содержащая данные и коды операций (опкоды), с помощью манипуляций со стеком выполняется реализация необходимых операций. Рассмотрим пример программы байткода моей стековой машины:

 
пMVkcatS olleHП

На выходе мы получим строку “Hello StackVM”. Стэк машина прочитывает программу слева-направо, загружая посимвольно данные в стек, при появлении опкода в символе – выполняет реализацию команды с использованием стека.

Пример реализации стековой машины на nodejs:

Обратная польская запись (RPN)

Также стековые машины легко использовать для реализации калькуляторов, для этого используют Обратную польскую запись (постфиксную запись).
Пример обычной инфиксной записи:
2*2+3*4

Конвертируется в RPN:
22*34*+

Для подсчета постфиксной записи используем стек машину:
2 – на вершину стека (стек: 2)
2 – на вершину стека (стек: 2,2)
* – получаем вершину стека два раза, перемножаем результат, отправляем на вершину стека (стек: 4)
3 – на вершину стека (стек: 4, 3)
4 – на вершину стека (стек: 4, 3, 4)
* – получаем вершину стека два раза, перемножаем результат, отправляем на вершину стека (стек: 4, 12)
+ – получаем вершину стека два раза, складываем результат, отправляем на вершину стека (стек: 16)

Как можно заметить – результат операций 16 остается в стеке, его можно вывести реализовав опкоды печати стека, например:
п22*34*+П

П – опкод начала печати стека, п – опкод окончания печати стека и отправки итоговой строки на рендеринг.
Для конвертации арифметических операций из инфиксной в постфикснуют используют алгоритм Эдсгера Дейкстры под названием “Сортировочная станция”. Пример реализации можно посмотреть выше, либо в репозитории проекта стек машины на nodejs ниже.

Источники

https://tech.badoo.com/ru/article/579/interpretatory-bajt-kodov-svoimi-rukami/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Обратная_польская_запись

Исходный код

https://gitlab.com/demensdeum/stackvm/