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ja/codes/swift/chapter_hashing/hash_map_open_addressing.swift

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+/**
+ * File: hash_map_open_addressing.swift
+ * Created Time: 2023-06-28
+ * Author: nuomi1 (nuomi1@qq.com)
+ */
+
+import utils
+
+/* オープンアドレス法ハッシュテーブル */
+class HashMapOpenAddressing {
+    var size: Int // キーと値のペア数
+    var capacity: Int // ハッシュテーブル容量
+    var loadThres: Double // リサイズを発動する負荷率のしきい値
+    var extendRatio: Int // 拡張倍率
+    var buckets: [Pair?] // バケット配列
+    var TOMBSTONE: Pair // 削除済みマーク
+
+    /* コンストラクタ */
+    init() {
+        size = 0
+        capacity = 4
+        loadThres = 2.0 / 3.0
+        extendRatio = 2
+        buckets = Array(repeating: nil, count: capacity)
+        TOMBSTONE = Pair(key: -1, val: "-1")
+    }
+
+    /* ハッシュ関数 */
+    func hashFunc(key: Int) -> Int {
+        key % capacity
+    }
+
+    /* 負荷率 */
+    func loadFactor() -> Double {
+        Double(size) / Double(capacity)
+    }
+
+    /* key に対応するバケットインデックスを探す */
+    func findBucket(key: Int) -> Int {
+        var index = hashFunc(key: key)
+        var 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] != nil {
+            // 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 */
+    func get(key: Int) -> String? {
+        // key に対応するバケットインデックスを探す
+        let index = findBucket(key: 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] != nil, 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 nil
+    }
+
+    /* 追加操作 */
+    func put(key: Int, val: String) {
+        // 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
+        let index = findBucket(key: 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] != nil, 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] = Pair(key: key, val: val)
+        size += 1
+    }
+
+    /* 削除操作 */
+    func remove(key: Int) {
+        // key に対応するバケットインデックスを探す
+        let index = findBucket(key: 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] != nil, buckets[index] != TOMBSTONE {
+            buckets[index] = TOMBSTONE
+            size -= 1
+        }
+    }
+
+    /* ハッシュテーブルを拡張 */
+    func extend() {
+        // 元のハッシュテーブルを一時保存
+        let 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 = Array(repeating: nil, count: 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
+        for pair in bucketsTmp {
+            if let pair, pair != TOMBSTONE {
+                put(key: pair.key, val: pair.val)
+            }
+        }
+    }
+
+    /* ハッシュテーブルを出力 */
+    func print() {
+        for pair in buckets {
+            if pair == nil {
+                Swift.print("null")
+            } else if pair == TOMBSTONE {
+                Swift.print("TOMBSTONE")
+            } else {
+                Swift.print("\(pair!.key) -> \(pair!.val)")
+            }
+        }
+    }
+}
+
+@main
+enum _HashMapOpenAddressing {
+    /* Driver Code */
+    static func main() {
+        /* ハッシュテーブルを初期化 */
+        let map = HashMapOpenAddressing()
+
+        /* 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(key: 12836, val: "シャオハー")
+        map.put(key: 15937, val: "シャオルオ")
+        map.put(key: 16750, val: "シャオスワン")
+        map.put(key: 13276, val: "シャオファー")
+        map.put(key: 10583, val: "シャオヤー")
+        print("\n追加完了後の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
+        let name = map.get(key: 13276)
+        print("\n学籍番号 13276 を入力すると、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と値のペア (key, value) を削除
+        map.remove(key: 16750)
+        print("\n16750 を削除後、ハッシュテーブルは\nKey -> Value")
+        map.print()
+    }
+}