added cours 14

slides/cours_14.md

+---
+title: "Tables de hachage"
+date: "2022-01-19"
+patat:
+  eval:
+    tai:
+      command: fish
+      fragment: false
+      replace: true
+    ccc:
+      command: fish
+      fragment: false
+      replace: true
+  images:
+    backend: auto
+---
+
+# Rappel sur les tables de hachage (1/N)
+
+## Définition? Qui se souvient?
+
+. . .
+
+Structure de données abstraite où chaque *valeur* (ou élément) est associée à une *clé* (ou
+argument).
+
+On parle de paires *clé-valeur* (*key-value pairs*).
+
+## Donnez des exemples de telles paires
+
+. . .
+
+* Annuaire (nom-téléphone),
+* Catalogue (objet-prix),
+* Table de valeur fonctions (nombre-nombre),
+* Index (nombre-page)
+* ...
+
+# Rappel sur les tables de hachage (1/N)
+
+## Opérations principales sur les tables
+
+* Insertion d'élément (`insert(clé, valeur)`{.C}), insère la paire `clé-valeur`
+* Consultation (`get(clé)`{.C}), retourne la `valeur` correspondant à `clé`
+* Suppression (`remove(clé)`{.C}), supprime la paire `clé-valeur`
+
+## Transformation de clé (hashing)
+
+* Format: 106.3123.8492.13
+
+    ```
+    Numéro AVS    | Nom
+    0000000000000 | -------
+    ...           | ...
+    1063123849213 | Paul
+    ...           | ...
+    3066713878328 | Orestis
+    ...           | ...
+    9999999999999 | -------
+    ```
+* Nombre de numéros >> nombre d'entrées.
+
+# Fonctions de transformation de clé (hash functions)
+
+* La table est représentée avec un tableau.
+* La taille du tableau est beaucoup plus petit que le nombre de clés.
+* On produit un indice du tableau à partir d'une clé:
+$$
+h(key) = n,\quad n\in\mathbb{N}.
+$$
+En français: on transforme `key` en nombre entier qui sera l'indice dans le
+tableau correspondant à `key`.
+
+## La fonction de hash
+
+* La taille du domaine des clés est beaucoup plus grand que le domaine des
+  indices.
+* Plusieurs indices peuvent correspondre à la **même clé**:
+    * Il faut traiter les **collisions**.
+* L'ensemble des indices doit être plus petit ou égal à la taille de la table.
+
+## Une bonne fonction de hash
+
+* Distribue uniformément les clés sur l'ensemble des indices.
+
+# Fonctions de transformation de clés: exemple
+
+## Méthode par division modulo
+
+Taille de l'index: `N` chiffres.
+
+```
+h(key) = key % N.
+```
+
+## Quelle doit être la taille de la table?
+
+. . .
+
+Oui comme vous le pensiez au moins `N`.
+
+# Traitement des collisions
+
+## La collision
+
+```
+key1 != key2, h(key1) == h(key2)
+```
+
+## Traitement (une idée?)
+
+. . .
+
+* La première clé occupe la place prévue dans le tableau.
+* La deuxième (troisième, etc.) est placée ailleurs de façon **déterministe**.
+
+Dans ce qui suit la taille de la table est `table_size`.
+
+# La méthode séquentielle
+
+\footnotesize
+
+* Quand l'index est déjà occupé on regarde sur la position suivante, jusqu'à en
+  trouver une libre.
+
+```C
+index = h(key);
+while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
+   index = (index + 1) % table_size; // attention à pas dépasser
+}
+table[index].key = key;
+table[index].state = OCCUPIED;
+```
+
+# Méthode de chaînage
+
+## Comment ça marche?
+
+* Chaque index de la table contient un pointeur vers une liste chaînée
+  contenant les paires clés-valeurs.
+
+## Un petit dessin
+
+```
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+```
+
+# Méthode de chaînage
+
+## Exemple
+
+On hash avec la fonction `h(key) = key % 11` (`key` est le numéro de la lettre
+de l'alphabet)
+
+```
+ U  | N | E | X | E | M | P | L | E | D | E | T | A | B | L | E
+ 10 | 3 | 5 | 2 | 5 | 2 | 5 | 1 | 5 | 4 | 5 | 9 | 1 | 2 | 1 | 5
+```
+
+## Comment on représente ça? (à vous)
+
+. . .
+
+![La méthode de chaînage](figs/fig_hash.png){width=80%}
+
+# Exercice 1
+
+* Construire une table à partir de la liste de clés suivante:
+    ```
+    R, E, C, O, U, P, A, N, T
+    ```
+
+* On suppose que la table est initialement vide, de taille $n = 13$.
+* Utiliser la fonction $h1(k)= k \mod 13$ où k est la $k$-ème lettre de l'alphabet et un traitement séquentiel des collisions.
+
+# Exercice 2
+
+* Reprendre l'exercice 1 et utiliser la technique de double hachage pour traiter
+  les collisions avec
+
+\begin{align*}
+h_1(k)&=k\mod 13,\\
+h_2(k)&=1+(k\mod 11).
+\end{align*}
+* La fonction de hachage est donc $h(k)=(h(k)+h_2(k)) \% 13$ en cas de
+  collision.
+
+
+# Exercice 3
+
+* Stocker les numéros de téléphones internes d'une entreprise suivants dans un
+tableau de 10 positions.
+* Les numéros sont compris entre 100 et 299.
+* Soit $N$ le numéro de téléphone, la fonction de hachage est
+$$
+h(N)=N\mod 10.
+$$
+* La fonction de gestion des collisions est
+$$
+C_1(N,i)=(h(N)+3\cdot i)\mod 10.
+$$
+* Placer 145, 167, 110, 175, 210, 215 (mettre son état à occupé).
+* Supprimer 175 (rechercher 175, et mettre son état à supprimé).
+* Rechercher 35.
+* Les cases ni supprimées, ni occupées sont vides.
+* Expliquer se qui se passe si on utilise?
+$$
+C_1(N,i)=(h(N)+5\cdot i)\mod 10.
+$$
+
+# Préambule
+
+\small
+
+* On considère pas le cas du chaînage en cas de collisions.
+* L'insertion est construite avec une forme du type
+
+    ```C
+    index = h(key);
+    while (table[index].state == OCCUPIED 
+           && table[index].key != key) {
+       index = (index + k) % table_size; // attention à pas dépasser
+    }
+    table[index].key = key;
+    table[index].state = OCCUPIED;
+    ```
+\normalsize
+
+* Gestion de l'état d'une case *explicite*
+
+    ```C
+    typedef enum {EMPTY, OCCUPIED, DELETED} state;
+    ```
+
+# L'insertion
+
+## Pseudocode?
+
+. . .
+
+```C
+insert(table, key, value) {
+    index = hash de la clé;
+    index = 
+        si "index" est déjà "occupé"
+        et la clé correspondante n'est pas "key"
+        alors gérer la collision;
+
+    changer l'état de la case "index" à "occupé";
+    changer la valeur de la case "index" à "value";
+}
+```
+
+# La suppression
+
+## Pseudocode?
+
+. . .
+
+```C
+value_t remove(table, key) {
+    index = hash de la clé;
+    tant que l'état de la case n'est pas "vide"
+        si "index" est "occupé" et la clé est "key" 
+            changer l'état de la case à "supprimé"
+        sinon
+            index = rehash
+}
+```
+
+# La recherche
+
+## Pseudocode?
+
+. . .
+
+```C
+bool search(table, key, value) {
+    index = hash de la clé;
+    tant que l'état de la case n'est pas "vide"
+        si "index" est "occupé" et la clé est "key" 
+            retourner vrai
+        sinon
+            index = rehash
+}
+```
+
+# Écrivons le code!
+
+* Mais avant:
+    * Quelles sont les structures de données dont nous avons besoin?
+    * Y a-t-il des fonctions auxiliaires à écrire?
+    * Écrire les signatures des fonctions.
+
+. . .
+
+## Structures de données
+
+\footnotesize
+
+. . .
+
+```C
+typedef enum {empty, deleted, occupied};
+typedef ... key_t;
+typedef ... value_t;
+typedef struct _cell_t {
+    key_t key; 
+    value_t value;
+    state_t state;
+} cell_t;
+typedef struct _hm {
+    cell_t *table;
+    int capacity;
+    int size;
+} hm;
+```
+
+# Écrivons le code!
+
+## Fonctions auxiliaires
+
+. . .
+
+```C
+static int hash(key_t key);
+static int rehash(int index, key_t key);
+static int find_index(hm h, key_t key);
+```
+
+##  Signature de l'API 
+
+. . .
+
+```C
+void hm_init(hm *h, int capacity);
+void hm_destroy(hm *h);
+bool hm_set(hm *h, key_t key, value_t *value);
+bool hm_get(hm h, key_t key, value_t *value);
+bool hm_remove(hm *h, key_t key, value_t *value);
+bool hm_search(hm h, key_t key);
+void hm_print(hm h);
+```
+
+# Live code session! 
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