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分类: Windows平台

2016-12-16 10:54:24

  1. /// @brief BKDR Hash Function  
  2. /// @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)。  
  3. template<class T>  
  4. size_t BKDRHash(const T *str)  
  5. {  
  6.     register size_t hash = 0;  
  7.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  8.     {         
  9.         hash = hash * 131 + ch;   // 也可以乘以31、131、1313、13131、131313..  
  10.         // 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;  
  11.         // 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,  
  12.         // 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);  
  13.         // 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:  
  14.         // 当乘数8-31位都为1或0时,需要1个时钟周期  
  15.         // 当乘数16-31位都为1或0时,需要2个时钟周期  
  16.         // 当乘数24-31位都为1或0时,需要3个时钟周期  
  17.         // 否则,需要4个时钟周期  
  18.         // 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          
  19.     }  
  20.     return hash;  
  21. }  
  22. /// @brief SDBM Hash Function  
  23. /// @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。  
  24. template<class T>  
  25. size_t SDBMHash(const T *str)  
  26. {  
  27.     register size_t hash = 0;  
  28.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  29.     {  
  30.         hash = 65599 * hash + ch;         
  31.         //hash = (size_t)ch + (hash << 6) + (hash << 16) - hash;  
  32.     }  
  33.     return hash;  
  34. }  
  35. /// @brief RS Hash Function  
  36. /// @detail 因Robert Sedgwicks在其《Algorithms in C》一书中展示而得名。  
  37. template<class T>  
  38. size_t RSHash(const T *str)  
  39. {  
  40.     register size_t hash = 0;  
  41.     size_t magic = 63689;     
  42.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  43.     {  
  44.         hash = hash * magic + ch;  
  45.         magic *= 378551;  
  46.     }  
  47.     return hash;  
  48. }  
  49. /// @brief AP Hash Function  
  50. /// @detail 由Arash Partow发明的一种hash算法。  
  51. template<class T>  
  52. size_t APHash(const T *str)  
  53. {  
  54.     register size_t hash = 0;  
  55.     size_t ch;  
  56.     for (long i = 0; ch = (size_t)*str++; i++)  
  57.     {  
  58.         if ((i & 1) == 0)  
  59.         {  
  60.             hash ^= ((hash << 7) ^ ch ^ (hash >> 3));  
  61.         }  
  62.         else  
  63.         {  
  64.             hash ^= (~((hash << 11) ^ ch ^ (hash >> 5)));  
  65.         }  
  66.     }  
  67.     return hash;  
  68. }  
  69. /// @brief JS Hash Function  
  70. /// 由Justin Sobel发明的一种hash算法。  
  71. template<class T>  
  72. size_t JSHash(const T *str)  
  73. {  
  74.     if(!*str)        // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  
  75.         return 0;  
  76.     register size_t hash = 1315423911;  
  77.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  78.     {  
  79.         hash ^= ((hash << 5) + ch + (hash >> 2));  
  80.     }  
  81.     return hash;  
  82. }  
  83. /// @brief DEK Function  
  84. /// @detail 本算法是由于Donald E. Knuth在《Art Of Computer Programming Volume 3》中展示而得名。  
  85. template<class T>  
  86. size_t DEKHash(const T* str)  
  87. {  
  88.     if(!*str)        // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  
  89.         return 0;  
  90.     register size_t hash = 1315423911;  
  91.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  92.     {  
  93.         hash = ((hash << 5) ^ (hash >> 27)) ^ ch;  
  94.     }  
  95.     return hash;  
  96. }  
  97. /// @brief FNV Hash Function  
  98. /// @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。  
  99. template<class T>  
  100. size_t FNVHash(const T* str)  
  101. {  
  102.     if(!*str)   // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  
  103.         return 0;  
  104.     register size_t hash = 2166136261;  
  105.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  106.     {  
  107.         hash *= 16777619;  
  108.         hash ^= ch;  
  109.     }  
  110.     return hash;  
  111. }  
  112. /// @brief DJB Hash Function  
  113. /// @detail 由Daniel J. Bernstein教授发明的一种hash算法。  
  114. template<class T>  
  115. size_t DJBHash(const T *str)  
  116. {  
  117.     if(!*str)   // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  
  118.         return 0;  
  119.     register size_t hash = 5381;  
  120.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  121.     {  
  122.         hash += (hash << 5) + ch;  
  123.     }  
  124.     return hash;  
  125. }  
  126. /// @brief DJB Hash Function 2  
  127. /// @detail 由Daniel J. Bernstein 发明的另一种hash算法。  
  128. template<class T>  
  129. size_t DJB2Hash(const T *str)  
  130. {  
  131.     if(!*str)   // 这是由本人添加,以保证空字符串返回哈希值0  
  132.         return 0;  
  133.     register size_t hash = 5381;  
  134.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  135.     {  
  136.         hash = hash * 33 ^ ch;  
  137.     }  
  138.     return hash;  
  139. }  
  140. /// @brief PJW Hash Function  
  141. /// @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。  
  142. template<class T>  
  143. size_t PJWHash(const T *str)  
  144. {  
  145.     static const size_t TotalBits       = sizeof(size_t) * 8;  
  146.     static const size_t ThreeQuarters   = (TotalBits  * 3) / 4;  
  147.     static const size_t OneEighth       = TotalBits / 8;  
  148.     static const size_t HighBits        = ((size_t)-1) << (TotalBits - OneEighth);      
  149.       
  150.     register size_t hash = 0;  
  151.     size_t magic = 0;     
  152.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  153.     {  
  154.         hash = (hash << OneEighth) + ch;  
  155.         if ((magic = hash & HighBits) != 0)  
  156.         {  
  157.             hash = ((hash ^ (magic >> ThreeQuarters)) & (~HighBits));  
  158.         }  
  159.     }  
  160.     return hash;  
  161. }  
  162. /// @brief ELF Hash Function  
  163. /// @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。  
  164. template<class T>  
  165. size_t ELFHash(const T *str)  
  166. {  
  167.     static const size_t TotalBits       = sizeof(size_t) * 8;  
  168.     static const size_t ThreeQuarters   = (TotalBits  * 3) / 4;  
  169.     static const size_t OneEighth       = TotalBits / 8;  
  170.     static const size_t HighBits        = ((size_t)-1) << (TotalBits - OneEighth);      
  171.     register size_t hash = 0;  
  172.     size_t magic = 0;  
  173.     while (size_t ch = (size_t)*str++)  
  174.     {  
  175.         hash = (hash << OneEighth) + ch;  
  176.         if ((magic = hash & HighBits) != 0)  
  177.         {  
  178.             hash ^= (magic >> ThreeQuarters);  
  179.             hash &= ~magic;  
  180.         }         
  181.     }  
  182.     return hash;  
  183. }  

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

0 4826

SDBMHash

2 4814

RSHash

2 4886

APHash

0 4846

ELFHash

1515 6120

JSHash

779 5587

DEKHash

863 5643

FNVHash

2 4872

DJBHash

832 5645

DJB2Hash

695 5309

PJWHash

1515 6120

 

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

3 4710

SDBMHash

3 4904

RSHash

3 4822

APHash

2 4891

ELFHash

16 4869

JSHash

3 4812

DEKHash

1 4755

FNVHash

1 4803

DJBHash

1 4749

DJB2Hash

2 4817

PJWHash

16 4869

 

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
BKDRHash 2 0 4774 481 96.55 100 90.95 82.05 92.64
APHash 2 3 4754 493 96.55 88.46 100 51.28 86.28
DJBHash 2 2 4975 474 96.55 92.31 0 100 83.43
JSHash 1 4 4761 506 100 84.62 96.83 17.95 81.94
RSHash 1 0 4861 505 100 100 51.58 20.51 75.96
SDBMHash 3 2 4849 504 93.1 92.31 57.01 23.08 72.41
PJWHash 30 26 4878 513 0 0 43.89 0 21.95
ELFHash 30 26 4878 513 0 0 43.89 0 21.95

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。

/* 一些Hash算法的转换:将乘除算法转为加减移位*/
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);
}


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