Kuckucks-Hashing

Kuckucks-Hashing (englisch cuckoo hashing) ist ein Algorithmus, der mittels zweier Hashfunktionen den Index in einer Tabelle berechnet, an dem das Element eingefügt werden soll. Er wurde 2001 von Rasmus Pagh und Flemming Friche Rodler entwickelt.[1] Seinen Namen hat er von dem Kuckuck, der seine Eier in fremde Nester legt und dessen Küken die Eier der Wirtseltern aus dem Nest stoßen.

Funktionsweise

Jede der beiden Hashfunktionen berechnet den Index eines einzufügenden Elementes jeweils für eine Tabelle. Zuerst wird geprüft, ob das einzufügende Element mit der Hashfunktion $h$ in die Tabelle an der Stelle $h(k)$ eingefügt werden kann. Ist das der Fall, dann wird das Element dort eingefügt. Wenn der Platz jedoch schon belegt ist, dann wird mit der zweiten Hashfunktion $h'(k)$ der Platz in der zweiten Tabelle berechnet und, wenn dieser frei ist, dort eingefügt. Ist jedoch der Platz auch belegt, wird das einzufügende Element in die erste Tabelle eingefügt und das Element, das dort vorher war, in die zweite Tabelle verschoben. Wenn nun dort wieder eine Kollision auftritt, dann wird das Element von dort wieder in die erste Tabelle verlegt. Ist der Platz in der ersten Tabelle frei, ist das Einfügen beendet. Sollte jedoch auch hier wieder ein Element den Platz belegen, dann wird es wieder in die zweite Tabelle verschoben. Dieses Verfahren wiederholt man so lange, bis ein freier Platz gefunden wurde. Es kann jedoch vorkommen, dass die gleiche Tabellenkonstellation wie zu Beginn auftritt, damit gerät das Verfahren dann in einen Zyklus (Endlosschleife). In diesem Fall wird die Tabelle mit neuen Hashfunktionen neu aufgebaut.

Pseudocode

Insert(T1,T2,x):
    // key[x] schon in Hashtabelle?
    if T1[h1(key[x])]=NIL or key[T1[h1(key[x])]]=key[x] then
        T1[h1(key[x])]←x; return
    if T2[h2(key[x])]=NIL or key[T2[h2(key[x])]]=key[x] then
        T2[h2(key[x])] ←x; return
    // nein, dann einfügen
    while true do
        x↔T1[h1(key[x])] // tausche x mit Pos. in T1
        if x=NIL then return
        x↔T2[h2(key[x])] // tausche x mit Pos. in T2
        if x=NIL then return

Beispiel

Folgende Hashfunktionen sind gegeben:

$h\left(k\right)=k\mod 11$
$h'\left(k\right)=\left\lfloor {\frac {k}{11}}\right\rfloor \mod 11$

k	h(k)	h'(k)
20	9	1
50	6	4
53	9	4
75	9	6
100	1	9
67	1	6
105	6	9
3	3	0
36	3	3
39	6	3

1. Tabelle für h(k)
	20	50	53	75	100	67	105	3	36	39
0
1					100	67	67	67	67	100
2
3								3	3	36
4
5
6		50	50	50	50	50	105	105	105	50
7
8
9	20	20	20	20	20	20	53	53	53	75
10

2. Tabelle für h'(k)
	20	50	53	75	100	67	105	3	36	39
0										3
1							20	20	20	20
2
3									36	39
4			53	53	53	53	50	50	50	53
5
6				75	75	75	75	75	75	67
7
8
9						100	100	100	100	105
10

Zyklus

Möchte man nun das Element 6 einfügen, dann gerät man in einen Zyklus. In der letzten Zeile der Tabelle findet sich die gleiche Ausgangssituation wie zu Beginn wieder.

$h\left(6\right)=6\mod 11=6$
$h'\left(6\right)=\left\lfloor {\frac {6}{11}}\right\rfloor \mod 11=0$

betrachteter Schlüssel	Tabelle 1		Tabelle 2
	alter Wert	neuer Wert	alter Wert	neuer Wert
6	50	6	53	50
53	75	53	67	75
67	100	67	105	100
105	6	105	3	6
3	36	3	39	36
39	105	39	100	105
100	67	100	75	67
75	53	75	50	53
50	39	50	36	39
36	3	36	6	3
6	50	6	53	50

Einzelnachweise

Rasmus Pagh, Flemming Friche Rodler: Cuckoo Hashing. 2001 (Online [PDF; 242 kB; abgerufen am 16. Oktober 2021]).

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[1] Rasmus Pagh, Flemming Friche Rodler: Cuckoo Hashing. 2001 (Online [PDF; 242 kB; abgerufen am 16. Oktober 2021]).