hash_map、unordered_map和map的效率、区别和分析

hash_map、unordered_map和map的效率、区别和分析

• 一、前言
• 二、三者的实现区别
• • map
  • hash_map和unordered_map
• 三、三者查询效率高低
• • 时间效率
  • 三者使用选择
  • 例题：
  • 编译器报错解决方法

一、前言

最近在做题的时候遇到了，就分享一下自己的心得。
hash_map、unordered_map和map的区别其实和hash_set、unordered_set和set的区别是一样的，本博客就只讲map了。

二、三者的实现区别

map

用红黑树实现（二叉查找树的一种）可以实现数据log n级的插入、查找效率。

hash_map和unordered_map

这里为什么将二者一起说呢？因为hash_map和unordered_map都是用哈希表实现的，它们有什么区别吗？其实区别不大，但是推荐使用unordered_map，因为unordered_map在C++11就被录入标准库了，而hash并没有进入标准库。

说到这那到底hash_set与unordered_set哪个更好呢？实际上unordered_set在C++11的时候被引入标准库了，而hash_set并没有，所以建议还是使用unordered_set比较好，这就好比一个是官方认证的，一个是民间流传的。在编译器中，Visual Studio（当然需要支持C++11的版本）库中两个数据结构都有定义，而在gcc/g++中并不支持hash_set。
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原文链接：https://blog.csdn.net/FX677588/article/details/76400389

三、三者查询效率高低

相信很多人觉得log n的map查询复杂度已经可以了，确实log 是比较理想的时间复杂度，但是hash_map和unordered_map可以更快！因为它们都是用哈希表实现的，具体实现方式可以不用详细了解，我们都知道在哈希函数散列的过程中可能会遇到冲突，所以：

时间效率

hash_map和unordered_map的一次查询/插入时间为：
无冲突时：O(1) 有冲突时最坏为O(n)。
时间复杂度为常数级,一般更倾向于左边

map的平均时间复杂度为：log n

1.以上讨论的都是查询时间，它们的差距主要是因为它们实现的数据结构的差别，前者是哈希表，查询/插入时间几乎为常数；而红黑树的查询、插入时间都是log级别的。

2.如果是遍历（用迭代器），我觉得时间复杂度区别不大，基于哈希表的hash_map和unordered_map的begin()的查找最优是O(1)最坏是O(n)，遍历时间是O(n)，总时间是O(2n);而基于红黑树的map的遍历是logn(迭代器++是中序遍历)，总时间复杂度为O(logn+n);这些分析都是基于对map有操作的情况下的即map.begin()可能随着map.erase(iter)或是map.add(key, value)操作而发生改变，所以综上它们的遍历时间都可以看做O(n)线性时间。

3.但是基于哈希表结构的容器构造速度慢，占用的空间也比大。

其实具体选择哪个容器还得综合考虑三个因素：查找速度, 数据量, 内存使用。

如果想详细了解三者更详细的时间效率对比：
https://blog.csdn.net/stpeace/article/details/81283650

在较大量的数据测试下，我们知道
时间效率：unordered_map最好，hash_map其次，而map效率最差。

三者使用选择

由上面的分析我们知道hash_map和unordered_map应该选择录入标准库的unordered_map。

那unordered_map和map如何选择呢？
从上面的分析我们知道unordered_map时间更快，当然选择unordered_map了，可以这么选，但对于单次log级（map） 可能小于常数级(unordered_map),所以稳定性是map比较好，但是对于有些题目要求的查询次数比较频繁时，我们应该unordered_map优先。

不懂？看下面2020 蓝桥杯大学 B 组省赛模拟赛（一） F：寻找重复项

例题：

样例输入：

2 2 9

• 1

输出：

4

• 1

有人会说用一个标记数组来查询某数是否出现只需要O(1)不香吗
还要hash_map、unordered_map和map吗？

你再仔细看看数据范围109数组开不了这么大，所以不香了。
而且有时候我们查询的可能不是一个整数，所以map还是很香的嘛。
下面的代码我们都会：

#include<iostream>
#include<cstdio> 
#include<cmath>
#include<map> 
#define ll long long int
using namespace std;
map<ll,int> book;
int main(void)
{
	int i=0;
	ll s=1ll;
	ll a,b,c;
	scanf("%lld %lld %lld",&a,&b,&c);
	
	while(true)
	{
		book[s]=1;
		s=(s*a%c+s%b%c)%c;
		i++;
		if(book[s]) break;
		if(i>2000000) break;
	}
	if(i>2000000) printf("-1\n");
	else printf("%d\n",i);
	return 0;
}

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超时了？！
我们可以在上面的代码看到，我们每计算一个值就要查询一次这个值是否存在，查询次数频繁。
我们就放弃map改用unordered_map。
unordered_map实现代码：

#include<iostream>
#include<cstdio> 
#include<cmath>
#include<unordered_map> 
#define ll long long int
using namespace std;
unordered_map<ll,int> book;
int main(void)
{
	int i=0;
	ll s=1ll;
	ll a,b,c;
	scanf("%lld %lld %lld",&a,&b,&c);
	
	while(true)
	{
		book[s]=1;
		s=(s*a%c+s%b%c)%c;
		i++;
		if(book[s]) break;
		if(i>2000000) break;
	}
	if(i>2000000) printf("-1\n");
	else printf("%d\n",i);
	return 0;
}

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其实map一般够的，map不行再改用unordered_map。

编译器报错解决方法

由于unordered_map是c++11里的，很多编译器还是使用的比较老的版本比如C++98，我们拿devc++为例，我们如何让它支持c++11呢？
在编译时假如-std=c++11，具体请点击链接

其实目前蓝桥杯不支持c++11，故加了上面的蓝桥杯还是不让用的