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Co-authored-by: krahets <krahets@163.com>

ja/codes/python/chapter_hashing/hash_map_open_addressing.py

@@ -0,0 +1,138 @@
+"""
+File: hash_map_open_addressing.py
+Created Time: 2023-06-13
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+import sys
+from pathlib import Path
+
+sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
+from chapter_hashing.array_hash_map import Pair
+
+
+class HashMapOpenAddressing:
+    """オープンアドレス法ハッシュテーブル"""
+
+    def __init__(self):
+        """コンストラクタ"""
+        self.size = 0  # キー値ペアの数
+        self.capacity = 4  # ハッシュテーブルの容量
+        self.load_thres = 2.0 / 3.0  # 拡張をトリガーする負荷率の閾値
+        self.extend_ratio = 2  # 拡張の倍数
+        self.buckets: list[Pair | None] = [None] * self.capacity  # バケット配列
+        self.TOMBSTONE = Pair(-1, "-1")  # 削除マーク
+
+    def hash_func(self, key: int) -> int:
+        """ハッシュ関数"""
+        return key % self.capacity
+
+    def load_factor(self) -> float:
+        """負荷率"""
+        return self.size / self.capacity
+
+    def find_bucket(self, key: int) -> int:
+        """key に対応するバケットインデックスを検索"""
+        index = self.hash_func(key)
+        first_tombstone = -1
+        # 線形探査、空のバケットに遭遇したらブレーク
+        while self.buckets[index] is not None:
+            # キーに遭遇した場合、対応するバケットインデックスを返す
+            if self.buckets[index].key == key:
+                # 削除マークが以前に遭遇していた場合、キー値ペアをそのインデックスに移動
+                if first_tombstone != -1:
+                    self.buckets[first_tombstone] = self.buckets[index]
+                    self.buckets[index] = self.TOMBSTONE
+                    return first_tombstone  # 移動されたバケットインデックスを返す
+                return index  # バケットインデックスを返す
+            # 最初に遭遇した削除マークを記録
+            if first_tombstone == -1 and self.buckets[index] is self.TOMBSTONE:
+                first_tombstone = index
+            # バケットインデックスを計算、末尾を超えた場合は先頭に戻る
+            index = (index + 1) % self.capacity
+        # キーが存在しない場合、挿入ポイントのインデックスを返す
+        return index if first_tombstone == -1 else first_tombstone
+
+    def get(self, key: int) -> str:
+        """照会操作"""
+        # key に対応するバケットインデックスを検索
+        index = self.find_bucket(key)
+        # キー値ペアが見つかれば、対応する val を返す
+        if self.buckets[index] not in [None, self.TOMBSTONE]:
+            return self.buckets[index].val
+        # キー値ペアが存在しない場合、None を返す
+        return None
+
+    def put(self, key: int, val: str):
+        """追加操作"""
+        # 負荷率が閾値を超えた場合、拡張を実行
+        if self.load_factor() > self.load_thres:
+            self.extend()
+        # key に対応するバケットインデックスを検索
+        index = self.find_bucket(key)
+        # キー値ペアが見つかれば、val を上書きして返す
+        if self.buckets[index] not in [None, self.TOMBSTONE]:
+            self.buckets[index].val = val
+            return
+        # キー値ペアが存在しない場合、キー値ペアを追加
+        self.buckets[index] = Pair(key, val)
+        self.size += 1
+
+    def remove(self, key: int):
+        """削除操作"""
+        # key に対応するバケットインデックスを検索
+        index = self.find_bucket(key)
+        # キー値ペアが見つかれば、削除マークで覆う
+        if self.buckets[index] not in [None, self.TOMBSTONE]:
+            self.buckets[index] = self.TOMBSTONE
+            self.size -= 1
+
+    def extend(self):
+        """ハッシュテーブルを拡張"""
+        # 元のハッシュテーブルを一時的に保存
+        buckets_tmp = self.buckets
+        # 拡張された新しいハッシュテーブルを初期化
+        self.capacity *= self.extend_ratio
+        self.buckets = [None] * self.capacity
+        self.size = 0
+        # 元のハッシュテーブルから新しいハッシュテーブルにキー値ペアを移動
+        for pair in buckets_tmp:
+            if pair not in [None, self.TOMBSTONE]:
+                self.put(pair.key, pair.val)
+
+    def print(self):
+        """ハッシュテーブルを出力"""
+        for pair in self.buckets:
+            if pair is None:
+                print("None")
+            elif pair is self.TOMBSTONE:
+                print("TOMBSTONE")
+            else:
+                print(pair.key, "->", pair.val)
+
+
+"""Driver Code"""
+if __name__ == "__main__":
+    # ハッシュテーブルを初期化
+    hashmap = HashMapOpenAddressing()
+
+    # 追加操作
+    # キー値ペア (key, val) をハッシュテーブルに追加
+    hashmap.put(12836, "Ha")
+    hashmap.put(15937, "Luo")
+    hashmap.put(16750, "Suan")
+    hashmap.put(13276, "Fa")
+    hashmap.put(10583, "Ya")
+    print("\n追加後、ハッシュテーブルは\nKey -> Value")
+    hashmap.print()
+
+    # 照会操作
+    # ハッシュテーブルにキーを入力し、値 val を取得
+    name = hashmap.get(13276)
+    print("\n学生ID 13276 を入力、名前 " + name + " が見つかりました")
+
+    # 削除操作
+    # ハッシュテーブルからキー値ペア (key, val) を削除
+    hashmap.remove(16750)
+    print("\n16750 を削除後、ハッシュテーブルは\nKey -> Value")
+    hashmap.print()