2. Квадратичная проверка

Один из способов уменьшить первичную кластеризацию состоит в том, чтобы использовать хеш‑функцию следующего вида:

Hash(K, P) = (K + P2) Mod N где P = 0, 1, 2, ...

Предположим, что при вставке элемента в хеш‑таблицу он отображается в кластер, образованный другими элементами. Если элемент отображается в позицию возле начала кластера, то возникнет еще несколько конфликтов прежде, чем найдется свободная ячейка для элемента. По мере роста параметра Pв тестовой функции, значение этой функции быстро меняется. Это означает, что позиция, в которую попадет элемент в конечном итоге, возможно, окажется далеко от кластера.

Следующий код демонстрирует поиск элемента с использованием квадратичной проверки (quadraticprobing):

Public Function LocateItem(Value As Long, pos As Integer, probes As Integer) As Integer

Dim new_value As Long

probes = 1

pos = (Value Mod m_NumEntries)

Do

new_value = m_HashTable(pos)

' Элемент найден.

If new_value = Value Then

LocateItem = HASH_FOUND

Exit Function

End If

' Элемента нет в таблице.

If new_value = UNUSED Or probes > NumEntries Then

LocateItem = HASH_NOT_FOUND

pos = -1

Exit Function

End If

pos = (Value + probes * probes) Mod NumEntries

probes = probes + 1

Loop

End Function

Программа Quadв архиве с примерами демонстрирует открытую адресацию с использованием квадратичной проверки. Она аналогична программеLinear, но использует квадратичную, а не линейную проверку.

Квадратичная проверка также имеет некоторые недостатки. Из‑за способа формирования тестовой последовательности, нельзя гарантировать, что она обойдет все ячейки в таблице, что означает, что иногда в таблицу нельзя будет вставить элемент, даже если она не заполнена до конца.

Например, рассмотрим небольшую хеш‑таблицу, состоящую всего из шести ячеек. Тестовая последовательность для числа 3 будет следующей:

3

3 + 1² = 4 = 4 (Mod 6)

3 + 2² = 7 = 1 (Mod 6)

3 + 3² = 12 = 0 (Mod 6)

3 + 4² = 19 = 1 (Mod 6)

3 + 5² = 28 = 4 (Mod 6)

3 + 6² = 39 = 3 (Mod 6)

3 + 7² = 52 = 4 (Mod 6)

3 + 8² = 67 = 1 (Mod 6)

3 + 9² = 84 = 0 (Mod 6)

3 + 10² = 103 = 1 (Mod 6)

и так далее.

Эта тестовая последовательность обращается к позициям 1 и 4 дважды перед тем, как обратиться к позиции 3, и никогда не попадает в позиции 2 и 5. Чтобы пронаблюдать этот эффект, создайте в программе Quadхеш‑таблицу с шестью ячейками, а затем вставьте элементы 1, 3, 4, 6 и 9. Программа определит, что таблица заполнена целиком, хотя две ячейки и остались неиспользованными. Тестовая последовательность для элемента 9 не обращается к элементам 2 и 5, поэтому программа не может вставить в таблицу новый элемент.

Можно показать, что квадратичная тестовая последовательность будет обращаться, по меньшей мере, к N/2 ячеек таблицы, если размер таблицыN — простое число. Хотя при этом гарантируется некоторый уровень производительности, все равно могут возникнуть проблемы, если таблица почти заполнена. Так как производительность для почти заполненной таблицы в любом случае сильно падает, то возможно лучше будет просто увеличить размер хеш-таблицы, а не беспокоиться о том, сможет ли тестовая последовательность найти свободную ячейку.

Не столь очевидная проблема, которая возникает при применении квадратичной проверки, заключается в том, что хотя она устраняет первичную кластеризацию, во время нее может возникать похожая проблема, которая называется вторичной кластеризацией(secondaryclustering). Если два элемента отображаются в одну ячейку, для них будет выполняться одна и так же тестовая последовательность. Если множество элементов отображаются на одну из ячеек таблицы, они образуют вторичный кластер, который распределен по хеш‑таблице. Если появляется новый элемент с тем же самым начальным значением, для него приходится выполнять длительную тестовую последовательность, прежде чем он обойдет элементы во вторичном кластере.