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ja/codes/csharp/chapter_hashing/hash_map_open_addressing.cs

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+/**
+* File: hash_map_open_addressing.cs
+* Created Time: 2023-06-26
+* Author: hpstory (hpstory1024@163.com)
+*/
+
+namespace hello_algo.chapter_hashing;
+
+/* オープンアドレス法ハッシュテーブル */
+class HashMapOpenAddressing {
+    int size; // キーと値のペア数
+    int capacity = 4; // ハッシュテーブル容量
+    double loadThres = 2.0 / 3.0; // リサイズを発動する負荷率のしきい値
+    int extendRatio = 2; // 拡張倍率
+    Pair[] buckets; // バケット配列
+    Pair TOMBSTONE = new(-1, "-1"); // 削除済みマーク
+
+    /* コンストラクタ */
+    public HashMapOpenAddressing() {
+        size = 0;
+        buckets = new Pair[capacity];
+    }
+
+    /* ハッシュ関数 */
+    int HashFunc(int key) {
+        return key % capacity;
+    }
+
+    /* 負荷率 */
+    double LoadFactor() {
+        return (double)size / capacity;
+    }
+
+    /* key に対応するバケットインデックスを探す */
+    int FindBucket(int key) {
+        int index = HashFunc(key);
+        int firstTombstone = -1;
+        // 線形プロービングを行い、空バケットに達したら終了
+        while (buckets[index] != null) {
+            // key が見つかったら、対応するバケットのインデックスを返す
+            if (buckets[index].key == key) {
+                // 以前に削除マークが見つかっていれば、そのインデックスへキーと値のペアを移動
+                if (firstTombstone != -1) {
+                    buckets[firstTombstone] = buckets[index];
+                    buckets[index] = TOMBSTONE;
+                    return firstTombstone; // 移動後のバケットインデックスを返す
+                }
+                return index; // バケットのインデックスを返す
+            }
+            // 最初に見つかった削除マークを記録
+            if (firstTombstone == -1 && buckets[index] == TOMBSTONE) {
+                firstTombstone = index;
+            }
+            // バケットのインデックスを計算し、末尾を越えたら先頭に戻る
+            index = (index + 1) % capacity;
+        }
+        // key が存在しない場合は追加位置のインデックスを返す
+        return firstTombstone == -1 ? index : firstTombstone;
+    }
+
+    /* 検索操作 */
+    public string? Get(int key) {
+        // key に対応するバケットインデックスを探す
+        int index = FindBucket(key);
+        // キーと値の組が見つかったら、対応する val を返す
+        if (buckets[index] != null && buckets[index] != TOMBSTONE) {
+            return buckets[index].val;
+        }
+        // キーと値の組が存在しなければ null を返す
+        return null;
+    }
+
+    /* 追加操作 */
+    public void Put(int key, string val) {
+        // 負荷率がしきい値を超えたら、リサイズを実行
+        if (LoadFactor() > loadThres) {
+            Extend();
+        }
+        // key に対応するバケットインデックスを探す
+        int index = FindBucket(key);
+        // キーと値の組が見つかったら、val を上書きして返す
+        if (buckets[index] != null && buckets[index] != TOMBSTONE) {
+            buckets[index].val = val;
+            return;
+        }
+        // キーと値の組が存在しない場合は、その組を追加する
+        buckets[index] = new Pair(key, val);
+        size++;
+    }
+
+    /* 削除操作 */
+    public void Remove(int key) {
+        // key に対応するバケットインデックスを探す
+        int index = FindBucket(key);
+        // キーと値の組が見つかったら、削除マーカーで上書きする
+        if (buckets[index] != null && buckets[index] != TOMBSTONE) {
+            buckets[index] = TOMBSTONE;
+            size--;
+        }
+    }
+
+    /* ハッシュテーブルを拡張 */
+    void Extend() {
+        // 元のハッシュテーブルを一時保存
+        Pair[] bucketsTmp = buckets;
+        // リサイズ後の新しいハッシュテーブルを初期化
+        capacity *= extendRatio;
+        buckets = new Pair[capacity];
+        size = 0;
+        // キーと値のペアを元のハッシュテーブルから新しいハッシュテーブルへ移す
+        foreach (Pair pair in bucketsTmp) {
+            if (pair != null && pair != TOMBSTONE) {
+                Put(pair.key, pair.val);
+            }
+        }
+    }
+
+    /* ハッシュテーブルを出力 */
+    public void Print() {
+        foreach (Pair pair in buckets) {
+            if (pair == null) {
+                Console.WriteLine("null");
+            } else if (pair == TOMBSTONE) {
+                Console.WriteLine("TOMBSTONE");
+            } else {
+                Console.WriteLine(pair.key + " -> " + pair.val);
+            }
+        }
+    }
+}
+
+public class hash_map_open_addressing {
+    [Test]
+    public void Test() {
+        /* ハッシュテーブルを初期化 */
+        HashMapOpenAddressing map = new();
+
+        /* 追加操作 */
+        // ハッシュテーブルにキーと値のペア (key, value) を追加
+        map.Put(12836, "シャオハー");
+        map.Put(15937, "シャオルオ");
+        map.Put(16750, "シャオスワン");
+        map.Put(13276, "シャオファー");
+        map.Put(10583, "シャオヤー");
+        Console.WriteLine("\n追加完了後、ハッシュテーブルは\nKey -> Value");
+        map.Print();
+
+        /* 検索操作 */
+        // キー key をハッシュテーブルに渡し、値 value を取得
+        string? name = map.Get(13276);
+        Console.WriteLine("\n学籍番号 13276 を入力すると、氏名 " + name);
+
+        /* 削除操作 */
+        // ハッシュテーブルからキーと値のペア (key, value) を削除
+        map.Remove(16750);
+        Console.WriteLine("\n16750 を削除した後、ハッシュテーブルは\nKey -> Value");
+        map.Print();
+    }
+}