Bảng băm (Hash table)

Bảng băm (Hash table) là một cấu trúc dữ liệu quan trọng trong khoa học máy tính, được sử dụng để lưu trữ và truy xuất các phần tử theo cặp khóa - giá trị. Các thao tác cơ bản của bảng băm bao gồm thêm (insert), tìm kiếm (lookup), xóa (delete) và cập nhật (update) các phần tử.

Cấu trúc của Bảng băm

Bảng băm bao gồm hai thành phần chính là mảng và hàm băm (hash function):

Mảng: Lưu trữ các phần tử của bảng băm. Mỗi phần tử thường được gọi là một "bucket" hoặc "slot".
Hàm băm: Nhận đầu vào là một khóa và trả về một chỉ số (index) trong mảng. Chức năng chính của hàm băm là phân bổ các khóa vào các vị trí trong mảng một cách hợp lý để tối ưu hóa việc truy xuất.

Thao tác cơ bản và giải thuật

Thêm (Insert):
- Đầu tiên, áp dụng hàm băm để tính chỉ số.
- Sau đó, thêm phần tử vào vị trí chỉ số này trong mảng.
- Nếu có xung đột (collision), tức là hai khóa khác nhau nhưng lại có cùng chỉ số từ hàm băm, có các giải thuật xử lý như chaining (dùng danh sách liên kết) hoặc open addressing (tìm kiếm vị trí trống gần đó).
Tìm kiếm (Lookup):
- Áp dụng hàm băm để tính chỉ số.
- Tìm kiếm phần tử trong vị trí chỉ số tương ứng.
- Nếu không tìm thấy phần tử hoặc có xung đột, xử lý tương ứng.
Xóa (Delete):
- Áp dụng hàm băm để tính chỉ số.
- Xóa phần tử từ vị trí chỉ số.
- Xử lý xung đột nếu có.
Cập nhật (Update):
- Tìm kiếm phần tử bằng thao tác tìm kiếm.
- Cập nhật giá trị của phần tử tìm thấy.

Ứng dụng của Bảng băm

Bảng băm được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tế như:

Bộ định danh (Symbol table) trong các ngôn ngữ lập trình: Lưu trữ biến và hằng số và hỗ trợ việc tìm kiếm nhanh.
Cơ sở dữ liệu: Dùng để tối ưu hóa việc truy xuất dữ liệu nhanh chóng.
Tìm kiếm và sắp xếp: Dùng trong các thuật toán như tìm kiếm từ khóa (keyword search) và sắp xếp nhanh (hash sort).
Bảo mật: Dùng trong bảo mật mật mã và hệ thống xác thực để lưu trữ thông tin mật.

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải chọn và thiết kế hàm băm một cách hợp lý để tránh xung đột và tối ưu hóa hiệu suất của bảng băm trong các ứng dụng cụ thể.