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Hash Extensível

O hash extensível é uma técnica de hashing dinâmico usada para armazenar dados de forma eficiente, com a vantagem de crescer e se adaptar à medida que novos dados são adicionados. Em um hash convencional, a estrutura de armazenamento (como uma tabela ou lista) possui um tamanho fixo, e as colisões (quando dois valores hash apontam para o mesmo espaço) são tratadas de maneiras que podem ser menos eficientes. No hash extensível, no entanto, a estrutura se ajusta dinamicamente ao aumento dos dados, mantendo uma organização e acesso eficientes e minimizando a necessidade de “buckets de estouro”.

A estrutura do hash extensível se divide em dois principais componentes:
	1.	Buckets: onde os dados são armazenados.
	2.	Diretório: uma tabela de ponteiros que aponta para os buckets.

Como Funciona o Hash Extensível
	1.	Função Hash:
	•	A função hash gera valores hash a partir das strings. Esses valores hash são usados para distribuir as strings de forma uniforme nos buckets, convertendo as strings em números binários.
	2.	Diretório:
	•	O diretório é uma tabela que contém ponteiros para os buckets. Cada entrada do diretório aponta para um bucket específico.
	•	O diretório utiliza os bits menos significativos dos valores hash para determinar qual bucket deve ser acessado. Por exemplo, se o diretório usa 3 bits, ele terá 2³ = 8 entradas.
	•	O diretório pode crescer à medida que os dados aumentam, dobrando seu tamanho quando necessário para permitir mais divisões de buckets.
	3.	Buckets:
	•	Um bucket é um espaço de armazenamento onde as strings (ou outros dados) são armazenadas. Cada bucket tem um tamanho fixo, e o objetivo é que ele armazene um número limitado de strings.
	•	Quando um bucket atinge sua capacidade máxima, ocorre o que chamamos de “estouro” e o bucket é dividido.
	•	No hash extensível, os buckets não são duplicados, mas sim divididos, e o diretório é expandido para acomodar mais entradas, evitando que os dados fiquem superlotados em um só bucket.

Exemplo de Funcionamento

Imagine que você tenha um diretório inicial com 2 bits. Nesse caso, ele tem 2² = 4 entradas, cada uma apontando para um bucket:

Diretório (2 bits):
00 -> Bucket 1
01 -> Bucket 2
10 -> Bucket 3
11 -> Bucket 4

Quando você adiciona uma nova string, a função hash é aplicada para gerar um valor hash. Usando os 2 bits menos significativos do hash, você determina qual entrada do diretório acessar e, consequentemente, qual bucket armazenará a string.

Estouro e Expansão do Diretório e Buckets
	•	Se um bucket estiver cheio e não puder acomodar novos dados, ele precisará ser dividido. Nesse caso, o diretório é expandido para permitir novos ponteiros. O número de bits que o diretório utiliza aumenta para acomodar essa nova estrutura.
	•	Por exemplo, se precisarmos passar de 2 para 3 bits, o diretório dobra de tamanho para 8 entradas, cada uma apontando para um bucket.

Por que Usar Hash Extensível?

O hash extensível resolve o problema de colisões e de capacidade limitada dos buckets. Ele permite que o índice se ajuste conforme a quantidade de dados aumenta, evitando a necessidade de um grande número de buckets de estouro (que aconteceria caso a estrutura fosse rígida). O ajuste dinâmico da estrutura ajuda a manter o sistema eficiente, com acesso rápido aos dados e um uso mais eficiente do espaço de armazenamento.

Resumo
	1.	Diretório: tabela de ponteiros que mapeia para os buckets.
	2.	Buckets: áreas onde as strings são armazenadas. Têm capacidade limitada e são divididos quando atingem o limite.
	3.	Expansão: Quando um bucket fica cheio, ele é dividido, e o diretório é expandido para comportar a nova estrutura.

Esses conceitos de diretório e buckets são fundamentais para que o hash extensível funcione de maneira eficiente, permitindo armazenamento escalável e rápido acesso aos dados.

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