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哈希游戏常见的几种hash算法的原理

2025-01-04 20:55:39
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哈希游戏常见的几种hash算法的原理

  本文简略的介绍了一番实际应用中的用于查找的Hash算法。Hash算法除了应用于这个方面以外,另外一个著名的应用是巨型字 符串匹配(这时的 Hash算法叫做:rolling hash,因为它必须可以滚动的计算)。设计一个真正好的Hash算法并不是一件容易 的事情。做为应用来说,选择一个适合的算法是最重要的。

  这个页面提供了对几种流行Hash算法的评价。我们对Hash函数的建议如 下:

  1. 字符串的Hash。最简单可以使用基本的乘法Hash,当乘数为33时,对于英文单词有很好的散列效果(小于6个的小写形式可 以保证没有冲突)。复杂一点可以使用FNV算法(及其改进形式),它对于比较长的字符串,在速度和效果上都不错。

  注:虽说以上的hash能极大程度地避免冲突,但是冲突是在所难免的。所以无论用哪种hash函数,都要加上处理冲突的方法。

  Hash函数还有另外的含义。实际中的Hash函数是指把一个大范围映射到一个小范围。把大范围映射到一个小范围的目的往往是 为了节省空间,使得数据容易保存。除此以外,Hash函数往往应用于查找上。所以,在考虑使用Hash函数之前,需要明白它的 几个限制:

  1. Hash的主要原理就是把大范围映射到小范围;所以,你输入的实际值的个数必须和小范围相当或者比它更小。不然冲突就会 很多。 2. 由于Hash逼近单向函数;所以,你可以用它来对数据进行加密。 3. 不同的应用对Hash函数有着不同的要求;比如,用于加密的Hash函数主要考虑它和单项函数的差距,而用于查找的Hash函数 主要考虑它映射到小范围的冲突率。

  这种类型的Hash函数利用了乘法的不相关性(乘法的这种性质,最有名的莫过于平方取头尾的随机数生成算法,虽然这种算法效 果并不好)。比如,

  虽然Adler32算法的应用没有CRC32广泛,不过,它可能是乘法Hash里面最有名的一个了。关于它的介绍,大家可以去看RFC 1950规范。

  除法和乘法一样,同样具有表面上看起来的不相关性。不过,因为除法太慢,这种方式几乎找不到真正的应用。需要注意的是, 我们在前面看到的hash的 结果除以一个prime的目的只是为了保证结果的范围。如果你不需要它限制一个范围的话,可以使用如 下的代码替代”hash%prime”: hash = hash ^ (hash10) ^ (hash20)。

  所谓的加法Hash就是把输入元素一个一个的加起来构成最后的结果。标准的加法Hash的构造如下:

  应用于加密的Hash函数已经探讨过太多了,在作者的博客里面有更详细的介绍。所以,本文只探讨用于查找的Hash函数。

  Hash函数应用的主要对象是数组(比如,字符串),而其目标一般是一个int类型。以下我们都按照这种方式来说明。

  一般的说,Hash函数可以简单的划分为如下几类: 1. 加法Hash; 2. 位运算Hash; 3. 乘法Hash; 4. 除法Hash; 5. 查表Hash; 6. 混合Hash; 下面详细的介绍以上各种方式在实际中的运用。

  这类型Hash函数通过利用各种位运算(常见的是移位和异或)来充分的混合输入元素。比如,标准的旋转Hash的构造如下:

  查表Hash最有名的例子莫过于CRC系列算法。虽然CRC系列算法本身并不是查表,但是,查表是它的一种最快的实现方式。查表 Hash中有名的例子有:Universal Hashing和Zobrist Hashing。他们的表格都是随机生成的。

  混合Hash算法利用了以上各种方式。各种常见的Hash算法,比如MD5、Tiger都属于这个范围。它们一般很少在面向查找的 Hash函数里面使用。

  注:最近因为在做和hash有关的题目,感到很纠结。虽然上学期数据结构学过,但是当时觉得hash没什么用,所以没有认真学 ~后悔啊~~~现在恶补一下~

  计算理论中,没有Hash函数的说法,只有单向函数的说法。所谓的单向函数,是一个复杂的定义,大家可以去看计算理论或者密 码学方面的数据。用“人 类”的语言描述单向函数就是:如果某个函数在给定输入的时候,很容易计算出其结果来;而当给定结 果的时候,很难计算出输入来,这就是单项函数。各种加密函 数都可以被认为是单向函数的逼近。Hash函数(或者成为散列函 数)也可以看成是单向函数的一个逼近。即它接近于满足单向函数的定义。

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