您的位置:首页 > 其它

各种字符串Hash函数

2014-01-21 19:08 169 查看
[cpp] view
plaincopy

/// @brief BKDR Hash Function  

/// @detail 本 算法由于在Brian Kernighan与Dennis Ritchie的《The C Programming Language》一书被展示而得
名,是一种简单快捷的hash算法,也是Java目前采用的字符串的Hash算法(累乘因子为31)。  

template<class T>  

size_t BKDRHash(const T *str)  

{  

    register size_t hash = 0;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {         

        hash = hash * 131 + ch;   // 也可以乘以31、131、1313、13131、131313..  

        // 有人说将乘法分解为位运算及加减法可以提高效率,如将上式表达为:hash = hash << 7 + hash << 1 + hash + ch;  

        // 但其实在Intel平台上,CPU内部对二者的处理效率都是差不多的,  

        // 我分别进行了100亿次的上述两种运算,发现二者时间差距基本为0(如果是Debug版,分解成位运算后的耗时还要高1/3);  

        // 在ARM这类RISC系统上没有测试过,由于ARM内部使用Booth's Algorithm来模拟32位整数乘法运算,它的效率与乘数有关:  

        // 当乘数8-31位都为1或0时,需要1个时钟周期  

        // 当乘数16-31位都为1或0时,需要2个时钟周期  

        // 当乘数24-31位都为1或0时,需要3个时钟周期  

        // 否则,需要4个时钟周期  

        // 因此,虽然我没有实际测试,但是我依然认为二者效率上差别不大          

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief SDBM Hash Function  

/// @detail 本算法是由于在开源项目SDBM(一种简单的数据库引擎)中被应用而得名,它与BKDRHash思想一致,只是种子不同而已。  

template<class T>  

size_t SDBMHash(const T *str)  

{  

    register size_t hash = 0;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash = 65599 * hash + ch;         

        //hash = (size_t)ch + (hash << 6) + (hash << 16) - hash;  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief RS Hash Function  

/// @detail 因Robert Sedgwicks在其《Algorithms in C》一书中展示而得名。  

template<class T>  

size_t RSHash(const T *str)  

{  

    register size_t hash = 0;  

    size_t magic = 63689;     

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash = hash * magic + ch;  

        magic *= 378551;  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief AP Hash Function  

/// @detail 由Arash Partow发明的一种hash算法。  

template<class T>  

size_t APHash(const T *str)  

{  

    register size_t hash = 0;  

    size_t ch;  

    for (long i = 0; ch = (size_t)*str++; i++)  

    {  

        if ((i & 1) == 0)  

        {  

            hash ^= ((hash << 7) ^ ch ^ (hash >> 3));  

        }  

        else  

        {  

            hash ^= (~((hash << 11) ^ ch ^ (hash >> 5)));  

        }  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief JS Hash Function  

/// 由Justin Sobel发明的一种hash算法。  

template<class T>  

size_t JSHash(const T *str)  

{  

    if(!*str)        // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  

        return 0;  

    register size_t hash = 1315423911;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash ^= ((hash << 5) + ch + (hash >> 2));  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief DEK Function  

/// @detail 本算法是由于Donald E. Knuth在《Art Of Computer Programming Volume 3》中展示而得名。  

template<class T>  

size_t DEKHash(const T* str)  

{  

    if(!*str)        // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  

        return 0;  

    register size_t hash = 1315423911;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash = ((hash << 5) ^ (hash >> 27)) ^ ch;  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief FNV Hash Function  

/// @detail Unix system系统中使用的一种著名hash算法,后来微软也在其hash_map中实现。  

template<class T>  

size_t FNVHash(const T* str)  

{  

    if(!*str)   // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  

        return 0;  

    register size_t hash = 2166136261;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash *= 16777619;  

        hash ^= ch;  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief DJB Hash Function  

/// @detail 由Daniel J. Bernstein教授发明的一种hash算法。  

template<class T>  

size_t DJBHash(const T *str)  

{  

    if(!*str)   // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  

        return 0;  

    register size_t hash = 5381;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash += (hash << 5) + ch;  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief DJB Hash Function 2  

/// @detail 由Daniel J. Bernstein 发明的另一种hash算法。  

template<class T>  

size_t DJB2Hash(const T *str)  

{  

    if(!*str)   // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  

        return 0;  

    register size_t hash = 5381;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash = hash * 33 ^ ch;  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief PJW Hash Function  

/// @detail 本算法是基于AT&T贝尔实验室的Peter J. Weinberger的论文而发明的一种hash算法。  

template<class T>  

size_t PJWHash(const T *str)  

{  

    static const size_t TotalBits       = sizeof(size_t) * 8;  

    static const size_t ThreeQuarters   = (TotalBits  * 3) / 4;  

    static const size_t OneEighth       = TotalBits / 8;  

    static const size_t HighBits        = ((size_t)-1) << (TotalBits - OneEighth);      

      

    register size_t hash = 0;  

    size_t magic = 0;     

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash = (hash << OneEighth) + ch;  

        if ((magic = hash & HighBits) != 0)  

        {  

            hash = ((hash ^ (magic >> ThreeQuarters)) & (~HighBits));  

        }  

    }  

    return hash;  

}  

/// @brief ELF Hash Function  

/// @detail 由于在Unix的Extended Library Function被附带而得名的一种hash算法,它其实就是PJW Hash的变形。  

template<class T>  

size_t ELFHash(const T *str)  

{  

    static const size_t TotalBits       = sizeof(size_t) * 8;  

    static const size_t ThreeQuarters   = (TotalBits  * 3) / 4;  

    static const size_t OneEighth       = TotalBits / 8;  

    static const size_t HighBits        = ((size_t)-1) << (TotalBits - OneEighth);      

    register size_t hash = 0;  

    size_t magic = 0;  

    while (size_t ch = (size_t)*str++)  

    {  

        hash = (hash << OneEighth) + ch;  

        if ((magic = hash & HighBits) != 0)  

        {  

            hash ^= (magic >> ThreeQuarters);  

            hash &= ~magic;  

        }         

    }  

    return hash;  

}  

 

我对这些hash的散列质量及效率作了一个简单测试,测试结果如下:

测试1:对100000个由大小写字母与数字随机的ANSI字符串(无重复,每个字符串最大长度不超过64字符)进行散列:
字符串函数冲突数除1000003取余后的冲突数
BKDRHash
04826
SDBMHash
24814
RSHash
24886
APHash
04846
ELFHash
15156120
JSHash
7795587
DEKHash
8635643
FNVHash
24872
DJBHash
8325645
DJB2Hash
6955309
PJWHash
15156120
 

测试2:对100000个由任意UNICODE组成随机字符串(无重复,每个字符串最大长度不超过64字符)进行散列:
字符串函数冲突数除1000003取余后的冲突数
BKDRHash
34710
SDBMHash
34904
RSHash
34822
APHash
24891
ELFHash
164869
JSHash
34812
DEKHash
14755
FNVHash
14803
DJBHash
14749
DJB2Hash
24817
PJWHash
164869
 

测试3:对1000000个随机ANSI字符串(无重复,每个字符串最大长度不超过64字符)进行散列:
字符串函数耗时(毫秒)
BKDRHash
109
SDBMHash
109
RSHash
124
APHash
187
ELFHash
249
JSHash
172
DEKHash
140
FNVHash
125
DJBHash
125
DJB2Hash
125
PJWHash
234
 

结论:也许是我的样本存在一些特殊性,在对ASCII码字符串进行散列时,PJW与ELF Hash(它们其实是同一种算法)无论是质量还是效率,都相当糟糕;例如:"b5"与“aE",这两个字符串按照PJW散列出来的hash值就是一样的。 另外,其它几种依靠异或来散列的哈希函数,如:JS/DEK/DJB Hash,在对字母与数字组成的字符串的散列效果也不怎么好。相对而言,还是BKDR与SDBM这类简单的Hash效率与效果更好。

其他

作者:icefireelf

出处:http://blog.csdn.net/icefireelf/article/details/5796529


各种字符串Hash函数比较

常用的字符串Hash函数还有ELFHash,APHash等等,都是十分简单有效的方法。这些函数使用位运算使得每一个字符都对最后的函数值产生 影响。另外还有以MD5和SHA1为代表的杂凑函数,这些函数几乎不可能找到碰撞。
常用字符串哈希函数有 BKDRHash,APHash,DJBHash,JSHash,RSHash,SDBMHash,PJWHash,ELFHash等等。对于以上几种哈 希函数,我对其进行了一个小小的评测。
Hash函数数据1数据2数据3数据4数据1得分数据2得分数据3得分数据4得分平均分
BKDRHash20477448196.5510090.9582.0592.64
APHash23475449396.5588.4610051.2886.28
DJBHash22497547496.5592.31010083.43
JSHash14476150610084.6296.8317.9581.94
RSHash10486150510010051.5820.5175.96
SDBMHash32484950493.192.3157.0123.0872.41
PJWHash302648785130043.89021.95
ELFHash302648785130043.89021.95
其中数据1为100000个字母和数字组成的随机串哈希冲突个数。数据2为100000个有意义的英文句子哈希冲突个数。数据3为数据1的哈希值与 1000003(大素数)求模后存储到线性表中冲突的个数。数据4为数据1的哈希值与10000019(更大素数)求模后存储到线性表中冲突的个数。
经过比较,得出以上平均得分。平均数为平方平均数。可以发现,BKDRHash无论是在实际效果还是编码实现中,效果都是最突出的。APHash也 是较为优秀的算法。DJBHash,JSHash,RSHash与SDBMHash各有千秋。PJWHash与ELFHash效果最差,但得分相似,其算 法本质是相似的。
 

unsigned int SDBMHash(char *str)

{

    unsigned int hash = 0;

 

    while (*str)

    {

        // equivalent to: hash = 65599*hash + (*str++);
        hash = (*str++) + (hash << 6) + (hash << 16) - hash;

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// RS Hash Function
unsigned int RSHash(char *str)

{

    unsigned int b = 378551;

    unsigned int a = 63689;

    unsigned int hash = 0;

 

    while (*str)

    {

        hash = hash * a + (*str++);

        a *= b;

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// JS Hash Function
unsigned int JSHash(char *str)

{

    unsigned int hash = 1315423911;

 

    while (*str)

    {

        hash ^= ((hash << 5) + (*str++) + (hash >> 2));

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// P. J. Weinberger Hash Function
unsigned int PJWHash(char *str)

{

    unsigned int BitsInUnignedInt = (unsigned int)(sizeof(unsigned int) * 8);

    unsigned int ThreeQuarters    = (unsigned int)((BitsInUnignedInt  * 3) / 4);

    unsigned int OneEighth        = (unsigned int)(BitsInUnignedInt / 8);

    unsigned int HighBits         = (unsigned int)(0xFFFFFFFF) << (BitsInUnignedInt - OneEighth);

    unsigned int hash             = 0;

    unsigned int test             = 0;

 

    while (*str)

    {

        hash = (hash << OneEighth) + (*str++);

        if ((test = hash & HighBits) != 0)

        {

            hash = ((hash ^ (test >> ThreeQuarters)) & (~HighBits));

        }

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// ELF Hash Function
unsigned int ELFHash(char *str)

{

    unsigned int hash = 0;

    unsigned int x    = 0;

 

    while (*str)

    {

        hash = (hash << 4) + (*str++);

        if ((x = hash & 0xF0000000L) != 0)

        {

            hash ^= (x >> 24);

            hash &= ~x;

        }

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// BKDR Hash Function
unsigned int BKDRHash(char *str)

{

    unsigned int seed = 131; // 31 131 1313 13131 131313 etc..
    unsigned int hash = 0;

 

    while (*str)

    {

        hash = hash * seed + (*str++);

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// DJB Hash Function
unsigned int DJBHash(char *str)

{

    unsigned int hash = 5381;

 

    while (*str)

    {

        hash += (hash << 5) + (*str++);

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

 
// AP Hash Function
unsigned int APHash(char *str)

{

    unsigned int hash = 0;

    int i;

 

    for (i=0; *str; i++)

    {

        if ((i & 1) == 0)

        {

            hash ^= ((hash << 7) ^ (*str++) ^ (hash >> 3));

        }

        else

        {

            hash ^= (~((hash << 11) ^ (*str++) ^ (hash >> 5)));

        }

    }

 

    return (hash & 0x7FFFFFFF);

}

转载地址:http://www.cnblogs.com/-clq/archive/2012/05/31/2528153.html
内容来自用户分享和网络整理,不保证内容的准确性,如有侵权内容,可联系管理员处理 点击这里给我发消息
标签: