CN1912870A - 一种哈希表查表方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据处理方法，特别涉及根据哈希算法对数据进行查表操作的方法。本发明提供了一种哈希表查找方法。本发明的技术方案包括如下步骤：a.提取数据关键字，根据关键字哈希出p位的地址；b.在地址指针表中的该地址处读出哈希桶中2ⁿ个表项不同的地址；c.根据这些地址读取关键字表判断是否命中。本发明的有益效果是，在少量增加RAM使用量的前提下，同时提供更大数目的哈希桶个数(地址空间)和更深的桶深，从而使哈希表的利用效率大大提高。且同时支持并行或者串行的查找，可以兼顾资源与效率。本发明的哈希表查表方法，主要用于专用集成电路(ASIC)芯片中的数据处理，包括数据读取、数据存储和数据删除处理。

Description

一种哈希表查表方法

技术领域

本发明涉及数据处理方法，特别涉及根据哈希算法对数据进行查表操作的方法。

背景技术

传统的哈希表实现包含了2^m个桶深为2ⁿ的哈希桶。每个桶都包含了哈希后得到的地址指向该桶的元素。当用X表示插入到表里面的元素，用Xⁱ表示哈希到桶i上的元素，用X_j ⁱ表示哈希到桶i上的第j个元素，用a_i表示哈希到桶i上的元素个数时(a_i≤2ⁿ)，可得：

$X^i=\{X_1^i,X_2^i,X_3^i,...,X_{a_i}^i\}$

$X=\underset{i=1}{\overset{2^m}{Y}}{X}^i$

如果用h(x)表示哈希函数，则查找，插入，删除算法可以表示为：

1.查找：

1)如果(x∈X^h(x))，则找到

2)反则反之

2.插入：

X^h(x)＝X^h(x)Yx

3.删除：

X^h(x)＝X^h(x)-x

在传统的硬件查表方案中，为了结构上的便利，往往将哈希表分割成2ⁿ个有2^m个表项的子表，这些子表在查找时可采用并行或者串行查找(在速度优先的设计中，多采用并行查找的方法)。在进行并行查表时，复杂度为O(1+1)(考虑到对主表的操作)；在进行串行查表时，其复杂度为O(2ⁿ+1)(考虑到对主表的操作)。

要尽可能的让哈希表在冲突存在的情况下达到期望的利用率，只有尽可能做到以下几点：

1.降低冲突率：

1)使用“完美的”散列函数。但是对于网络等通用处理的应用来说，这样的散列函数不存在。而普通的散列函数，不论其概率分布如何之平均，由于其物理空间总是远远小于用于哈希的关键字的地址空间，所以冲突是不可避免的。

2)增大哈希桶的个数(地址空间)的大小。如果使用的是平均概率分布的散列函数，在哈希桶的个数(地址空间)增大一倍后，冲突率会大大的下降。

2.提高对冲突的容忍度：

增加每个哈希桶的最大深度。

但是，对于传统硬件结构下的哈希表，不论增大哈希桶的个数(地址空间)的大小，还是增加每个哈希桶的最大深度，都意味着RAM(内存)使用量的等比增加，而RAM资源在芯片中是有限的。如要保持同样的RAM使用量，则必须在哈希桶的个数(地址空间)和哈希桶的最大深度之间做出一种平衡，这将就使哈希表的利用效率难以有大的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种哈希表查找方法，可以在只少量增加RAM使用量的前提下，同时提供更大数目的哈希桶个数(地址空间)和更深的桶深，从而使哈希表的利用效率大大的提高(接近100％)。并且同时支持并行和串行查找，能够同时兼顾资源和效率。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，一种哈希表查表方法，包括如下步骤：

a.提取数据关键字，根据关键字哈希出p位的地址；

b.在地址指针表中的该地址处读出哈希桶中2ⁿ个表项不同的地址；

c.根据这些地址读取关键字表判断是否命中。

本发明的有益效果是，在少量增加RAM使用量的前提下，同时提供更大数目的哈希桶个数(地址空间)和更深的桶深，从而使哈希表的利用效率大大提高，接近100％。且同时支持并行或者串行的查找，可以兼顾资源与效率。

附图说明

图1是实施例1的流程图；

图2是实施例2的流程图；

图3是实施例3的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明的技术方案中，引入了一个指针表，该表包含2^p个表项，与等效桶数相同；每个表项包含2ⁿ个指针，与等效桶深相同。在速度优先的设计中，可以采用2^q个查找引擎并行查表的方法，但也需要加入2^q个地址分配引擎。在进行并行查表时，其复杂度为O(1+2^n p+1)(考虑到对地址指针表和主表的操作)；在进行串行查表时，其复杂度为O(1+2ⁿ+1)(考虑到对地址指针表和主表的操作)。

本发明的技术方案是，一种哈希表查表方法，包括如下步骤：

a.提取数据关键字，根据关键字哈希出p位的地址；

b.在地址指针表中的该地址处读出哈希桶中2ⁿ个表项不同的地址；

c.根据这些地址读取关键字表判断是否命中；

具体的是：

对于读取数据的查表，步骤c如命中，则执行步骤d1：读取对应主表表项，并返回相应值；如未命中，则本次读取失败；

对于存储数据的查表，步骤c如命中，则执行步骤d2：替换关键字表表项及对应主表表项；如未命中，且该指针表表项未满，则执行步骤d3：从地址池中分配新的关键字表表项和主表表项，更新之；若未命中，且该指针表表项为满，则本次存储失败；

对于删除数据的查表，步骤c如命中，则执行步骤d4：删除关键字表表项和主表表项；反之则本次删除失败；

进一步的是，如为并行查表方法，则同时读取关键字表；如为串行查表方法，则顺序读取关键字表；

优选的查表参数为：p＝12，2ⁿ＝8；

特别是，所述哈希表查表方法用于ASIC芯片中数据读取、存储和删除。

下面以包含4096个表项，等效桶数为4096，等效桶深为8的串行查表实现为例，其查找、添加、删除的流程如下：

参见图1，对于读取数据的查表，首先提取数据关键字，根据关键字哈希出12位的地址，然后在地址指针表中的该地址处读出该桶中8个表项不同的地址。然后根据这些地址顺序读取关键字表，判断是否命中。如命中，则读取对应主表表项，并返回相应值。反之则返回未命中。

对于存储数据的查表，提取数据关键字，根据关键字哈希出12位的地址，然后在地址指针表中的该地址处读出该桶中8个表项不同的地址。然后根据这些地址顺序读取关键字表，判断是否命中。如命中，则替换关键字表表项及对应主表表项。如未命中，且该指针表表项未满，则从地址池中分配新的关键字表表项和主表表项，更新之。否则，则返回添加失败。程序流程见图2。

对于删除数据的查表，提取数据关键字，根据关键字哈希出12位的地址，然后在地址指针表中的该地址处读出该桶中8个表项不同的地址。然后根据这些地址顺序读取关键字表，判断是否命中。如命中，删除关键字表表项和主表表项，反之则返回删除失败。程序流程见图3。

本发明的哈希表查表方法，用于专用集成电路(ASIC)芯片中的数据处理，包括数据读取、数据存储和数据删除处理，能够在少量增加RAM使用量的前提下，同时提供更大数目的哈希桶个数(地址空间)和更深的桶深，从而使哈希表的利用效率大大提高，接近100％。且同时支持并行或者串行的查找，可以兼顾资源与效率。

Claims (9)

1.一种哈希表查表方法，包括如下步骤：

a.提取数据关键字，根据关键字哈希出p位的地址；

b.在地址指针表中的该地址处读出哈希桶中2ⁿ个表项不同的地址；

c.根据这些地址读取关键字表判断是否命中。

2.根据权利要求1所述的哈希表查表方法，其特征在于，对于读取数据的查表，步骤c如命中，则执行步骤d1：读取对应主表表项，并返回相应值；如未命中，则本次读取失败。

3.根据权利要求1所述的哈希表查表方法，其特征在于，对于存储数据的查表，步骤c如命中，则执行步骤d2：替换关键字表表项及对应主表表项；如未命中，且该指针表表项未满，则执行步骤d3：从地址池中分配新的关键字表表项和主表表项，更新之；若未命中，且该指针表表项为满，则本次存储失败。

4.根据权利要求1所述的哈希表查表方法，其特征在于，对于删除数据的查表，步骤c如命中，则执行步骤d4：删除关键字表表项和主表表项；如未命中，则本次删除失败。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的哈希表查表方法，其特征在于，如为并行查表方法，则同时读取关键字表；如为串行查表方法，则顺序读取关键字表。

6.根据权利要求5所述的哈希表查表方法，其特征在于，上述参数p＝12，2ⁿ＝8。

7.根据权利要求5所述的哈希表查表方法，其特征在于，所述哈希表查表方法用于ASIC芯片中数据读取、存储和删除。

8.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的哈希表查表方法，其特征在于，上述参数p＝12，2ⁿ＝8。

9.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的哈希表查表方法，其特征在于，所述哈希表查表方法用于ASIC芯片中数据读取存储和删除。

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