Python 哈希教程

Python 哈希教程解释了 Python 中的哈希概念,介绍了哈希表和 Python 可哈希对象。

哈希表

哈希表用于以许多常见的编程语言(例如 C++ ,Java 和 Python)实现映射和设置数据结构。 Python 将哈希表用于字典和集合。 哈希表是键值对的无序集合,其中每个键都是唯一的。 哈希表提供了有效的查找,插入和删除操作的组合。 这些是数组和链接列表的最佳属性。

散列

哈希是使用算法将任意大小的数据映射到固定长度的过程。 这称为哈希值。 散列用于创建高性能,直接访问的数据结构,在该结构中要快速存储和访问大量数据。 哈希值使用哈希函数计算。

Python 可哈希对象

如果对象的哈希值在其生命周期内从未发生变化,则该对象是可哈希的。 (在多次调用 Python 程序期间,它可以具有不同的值。)可哈希对象需要__hash__()方法。 为了执行比较,散列需要一种__eq__()方法。

Note: Hashable objects which compare equal must have the same hash value.

散列性使对象可用作字典键和 set 成员,因为这些数据结构在内部使用散列值。 Python 不可变的内置对象是可哈希的; 可变容器(例如列表或字典)不是。 默认情况下,作为用户定义类实例的对象是可哈希的。 它们都比较不相等(除了它们本身),并且它们的哈希值是从id()派生的。

Note: If a class does not define an __eq__() method it should not define a __hash__() operation either; if it defines __eq__() but not __hash__(), its instances will not be usable as items in hashable collections.

Python hash()函数

hash()函数返回对象的哈希值(如果有的话)。 哈希值是整数。 它们用于在字典查找期间快速比较字典关键字。 对象可以实现__hash__()方法。

Python 不可变内置函数可哈希化

Python 不变的内置函数(例如整数,字符串或元组)是可哈希的。

builtin_hashables.py

#!/usr/bin/env python3

val = 100

print(val.__hash__())
print("falcon".__hash__())
print((1,).__hash__())

该示例显示三个哈希值的值:整数,字符串和元组。

Python 自定义可哈希对象示例 I

Python 自定义对象默认情况下是可哈希的。 他们的哈希值是从其 ID 派生的。

custom_object.py

#!/usr/bin/env python3

class User:

    def __init__(self, name, occupation):

        self.name = name
        self.occupation = occupation

u1 = User('John Doe', 'gardener')
u2 = User('John Doe', 'gardener')

print('hash of user 1')
print(hash(u1))

print('hash of user 2')
print(hash(u2))

if (u1 == u2):
    print('same user')
else:
    print('different users')

在示例中,我们有User的两个实例。

u1 = User('John Doe', 'gardener')
u2 = User('John Doe', 'gardener')

我们有两个具有相同数据的实例。

print('hash of user 1')
print(hash(u1))

hash()函数返回对象的哈希值。 默认实现是从对象的 ID 派生的。

$ python custom_object.py
hash of user 1
-9223371894419573195
hash of user 2
142435202673
different users

即使用户详细信息相同,但比较仍会产生不同的对象。 为了更改它,我们需要实现__eq__()方法。

Python 自定义可哈希对象示例 II

在第二个示例中,我们实现了自定义__eq__()方法。

custom_object2.py

#!/usr/bin/env python3

class User:

    def __init__(self, name, occupation):

        self.name = name
        self.occupation = occupation

    def __eq__(self, other):

        return self.name == other.name \
            and self.occupation == other.occupation

    def __str__(self):
        return f'{self.name} {self.occupation}'

u1 = User('John Doe', 'gardener')
u2 = User('John Doe', 'gardener')

if (u1 == u2):
    print('same user')
    print(f'{u1} == {u2}')
else:
    print('different users')

# users = {u1, u2}
# print(len(users))

现在比较返回给我们的预期输出; 但是,我们不能将对象插入 Python 集中; 这将导致TypeError: unhashable type: 'User'。 为了更改此设置,我们实现了__hash__()方法。

Python 自定义可哈希对象示例 III

在第三个示例中,我们实现了__eq__()__hash__()方法。

custom_object3.py

#!/usr/bin/env python3

class User:

    def __init__(self, name, occupation):

        self.name = name
        self.occupation = occupation

    def __eq__(self, other):

        return self.name == other.name \
            and self.occupation == other.occupation

    def __hash__(self):
        return hash((self.name, self.occupation))

    def __str__(self):
        return f'{self.name} {self.occupation}'

u1 = User('John Doe', 'gardener')
u2 = User('John Doe', 'gardener')

users = {u1, u2}

print(len(users))

if (u1 == u2):
    print('same user')
    print(f'{u1} == {u2}')
else:
    print('different users')

print('------------------------------------')

u1.occupation = 'programmer'

users = {u1, u2}

print(len(users))

if (u1 == u2):
    print('same user')
    print(f'{u1} == {u2}')
else:
    print('different users')

该示例比较了具有__eq__()__hash__()方法的自定义实现的两个对象。 可以将这些对象插入 Python 集中,当以后更改属性时,我们将获得预期的输出。

def __hash__(self):
    return hash((self.name, self.occupation))

__hash__()函数的实现从属性元组返回使用hash()函数计算的哈希值。

$ python custom_object3.py
1
same user
John Doe gardener == John Doe gardener
------------------------------------
2
different users

Python @dataclass装饰器

从 Python 3.7 开始,我们有了dataclass装饰器,它会自动生成一些样板代码。

数据类装饰器的冻结参数(默认为False)。 如果指定,则字段将被冻结(即只读)。 如果eq设置为True(默认情况下),则将实现__hash__()方法,并且对象实例将是可哈希的。

decorator.py

#!/usr/bin/env python3

from dataclasses import dataclass

@dataclass(frozen=True)
class User:

    name: str
    occupation: str

u1 = User('John Doe', 'gardener')
u2 = User('John Doe', 'gardener')

if (u1 == u2):
    print('same user')
    print(f'{u1} == {u2}')
else:
    print('different users')

users = {u1, u2}
print(len(users))

该示例使用@dataclass装饰器。

$ python decorator.py
same user
User(name='John Doe', occupation='gardener') == User(name='John Doe', occupation='gardener')
1

在本教程中,我们介绍了 Python 中的哈希。

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