如何实现高效的双向哈希表？

Question

Python dict 是一个非常有用的数据结构：

d = {'a': 1, 'b': 2}

d['a'] # get 1

有时您还希望按值索引。

d[1] # get 'a'

实现这种数据结构的最有效方法是什么？有什么官方推荐的方法吗？

Answer 1

这是一个双向 dict 的类，受 Finding key from value in Python dictionary 的启发并修改为允许以下 2) 和 3)。

请注意：

• 1) 反向目录 bd.inverse 在标准字典bd 被修改时自动更新。
• 2) 反向目录 bd.inverse[value] 始终是key 的列表，因此bd[key] == value。
• 3) 与 https://pypi.python.org/pypi/bidict 中的 bidict 模块不同，这里我们可以有 2 个具有相同值的键，这非常重要。

代码：

class bidict(dict):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(bidict, self).__init__(*args, **kwargs)
        self.inverse = {}
        for key, value in self.items():
            self.inverse.setdefault(value,[]).append(key) 

    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self:
            self.inverse[self[key]].remove(key) 
        super(bidict, self).__setitem__(key, value)
        self.inverse.setdefault(value,[]).append(key)        

    def __delitem__(self, key):
        self.inverse.setdefault(self[key],[]).remove(key)
        if self[key] in self.inverse and not self.inverse[self[key]]: 
            del self.inverse[self[key]]
        super(bidict, self).__delitem__(key)

用法示例：

bd = bidict({'a': 1, 'b': 2})  
print(bd)                     # {'a': 1, 'b': 2}                 
print(bd.inverse)             # {1: ['a'], 2: ['b']}
bd['c'] = 1                   # Now two keys have the same value (= 1)
print(bd)                     # {'a': 1, 'c': 1, 'b': 2}
print(bd.inverse)             # {1: ['a', 'c'], 2: ['b']}
del bd['c']
print(bd)                     # {'a': 1, 'b': 2}
print(bd.inverse)             # {1: ['a'], 2: ['b']}
del bd['a']
print(bd)                     # {'b': 2}
print(bd.inverse)             # {2: ['b']}
bd['b'] = 3
print(bd)                     # {'b': 3}
print(bd.inverse)             # {2: [], 3: ['b']}

Answer 2

你可以通过逆序添加键值对来使用相同的字典。

d={'a':1,'b':2} revd=dict([reversed(i) for i in d.items()]) d.update(revd)

Answer 3

一个穷人的双向哈希表将只使用两个字典（这些已经是高度优化的数据结构）。

索引上还有一个bidict包：

• https://pypi.python.org/pypi/bidict

bidict的源码可以在github上找到：

• https://github.com/jab/bidict

Answer 4

下面的 sn-p 代码实现了一个可逆（双射）映射：

class BijectionError(Exception):
    """Must set a unique value in a BijectiveMap."""

    def __init__(self, value):
        self.value = value
        msg = 'The value "{}" is already in the mapping.'
        super().__init__(msg.format(value))


class BijectiveMap(dict):
    """Invertible map."""

    def __init__(self, inverse=None):
        if inverse is None:
            inverse = self.__class__(inverse=self)
        self.inverse = inverse

    def __setitem__(self, key, value):
        if value in self.inverse:
            raise BijectionError(value)

        self.inverse._set_item(value, key)
        self._set_item(key, value)

    def __delitem__(self, key):
        self.inverse._del_item(self[key])
        self._del_item(key)

    def _del_item(self, key):
        super().__delitem__(key)

    def _set_item(self, key, value):
        super().__setitem__(key, value)

这种实现的优点是BijectiveMap 的inverse 属性又是BijectiveMap。因此，您可以执行以下操作：

>>> foo = BijectiveMap()
>>> foo['steve'] = 42
>>> foo.inverse
{42: 'steve'}
>>> foo.inverse.inverse
{'steve': 42}
>>> foo.inverse.inverse is foo
True

Answer 5

很遗憾，评分最高的答案bidict 不起作用。

共有三个选项：

1. Subclass dict：您可以创建dict 的子类，但要小心。您需要编写update、pop、initializer、setdefault 的自定义实现。 dict 实现不调用 __setitem__。这就是评分最高的答案有问题的原因。

2. 从 UserDict 继承：这就像一个 dict，除了所有的例程都被正确调用。它在名为data 的项目中使用了引擎盖下的字典。您可以阅读Python Documentation 或use a simple implementation of a by directional list that works in Python 3。很抱歉没有逐字包含它：我不确定它的版权。

3. 从抽象基类继承：从collections.abc 继承将帮助您获得新类的所有正确协议和实现。这对于双向字典来说是多余的，除非它也可以加密和缓存到数据库。

TL;DR -- 使用 this 作为您的代码。阅读Trey Hunner的article了解详情。

Answer 6

可能是这样的：

import itertools

class BidirDict(dict):
    def __init__(self, iterable=(), **kwargs):
        self.update(iterable, **kwargs)
    def update(self, iterable=(), **kwargs):
        if hasattr(iterable, 'iteritems'):
            iterable = iterable.iteritems()
        for (key, value) in itertools.chain(iterable, kwargs.iteritems()):
            self[key] = value
    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self:
            del self[key]
        if value in self:
            del self[value]
        dict.__setitem__(self, key, value)
        dict.__setitem__(self, value, key)
    def __delitem__(self, key):
        value = self[key]
        dict.__delitem__(self, key)
        dict.__delitem__(self, value)
    def __repr__(self):
        return '%s(%s)' % (type(self).__name__, dict.__repr__(self))

如果多个键具有给定值，您必须决定要发生什么；给定对的双向性很容易被您插入的一些后来的对破坏。我实施了一种可能的选择。

---

示例：

bd = BidirDict({'a': 'myvalue1', 'b': 'myvalue2', 'c': 'myvalue2'})
print bd['myvalue1']   # a
print bd['myvalue2']   # b        

Answer 7

首先，您必须确保键值映射是一对一的，否则无法构建双向映射。

第二，数据集有多大？如果数据不多，就用2个单独的map，更新的时候同时更新。或者更好的是，使用像 Bidict 这样的现有解决方案，它只是 2 个 dicts 的包装器，内置更新/删除。

但是如果数据集很大，维护2个dicts是不可取的：

• 如果键和值都是数字，请考虑使用的可能性 插值以近似映射。如果绝大多数 映射函数可以覆盖键值对（及其
  reverse 函数），那么您只需要在地图中记录异常值即可。

• 如果大部分访问是单向的（key->value），那么它完全是 可以逐步构建反向地图，以换取时间
  空间。

代码：

d = {1: "one", 2: "two" }
reverse = {}

def get_key_by_value(v):
    if v not in reverse:
        for _k, _v in d.items():
           if _v == v:
               reverse[_v] = _k
               break
    return reverse[v]

Answer 8

更好的方法是将字典转换为元组列表，然后对特定的元组字段进行排序

def convert_to_list(dictionary):
    list_of_tuples = []
    for key, value in dictionary.items():
        list_of_tuples.append((key, value))
    return list_of_tuples

def sort_list(list_of_tuples, field):
     return sorted(list_of_tuples, key=lambda x: x[field])

dictionary = {'a': 9, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4, 'e': 5}
list_of_tuples = convert_to_list(dictionary)
print(sort_list(list_of_tuples, 1))

输出

[('b', 2), ('c', 3), ('d', 4), ('e', 5), ('a', 9)]