Является ли словарь Python примером хеш-таблицы?

Да, это хеш-отображение или хэш-таблица. Вы можете прочитать описание реализации python dict, написанное Тимом Питерсом, здесь.

Вот почему вы не можете использовать что-то «не хешируемое» в качестве ключа dict, например, список:

>>> a = {}
>>> b = ['some', 'list']
>>> hash(b)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: list objects are unhashable
>>> a[b] = 'some'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: list objects are unhashable

Вы можете узнать больше о хеш-таблицах или проверьте, как он реализован в Python и почему это реализовано таким образом.

В словаре Python должно быть что-то большее, чем поиск по таблице в hash(). Путем грубого эксперимента я нашел это коллизию хэшей:

>>> hash(1.1)
2040142438
>>> hash(4504.1)
2040142438

Тем не менее, это не нарушает словарь:

>>> d = { 1.1: 'a', 4504.1: 'b' }
>>> d[1.1]
'a'
>>> d[4504.1]
'b'

Санитарная проверка:

>>> for k,v in d.items(): print(hash(k))
2040142438
2040142438

Возможно, есть еще один уровень поиска помимо hash(), который позволяет избежать коллизий между ключами словаря. Или, может быть, dict() использует другой хэш.

(Кстати, это в Python 2.7.10. Та же история в Python 3.4.3 и 3.5.0 с коллизией на hash(1.1) == hash(214748749.8).)

да. Внутри он реализован как открытое хеширование на основе примитивного полинома над Z/2 (источник).

Чтобы расширить объяснение nosklo:

a = {}
b = ['some', 'list']
a[b] = 'some' # this won't work
a[tuple(b)] = 'some' # this will, same as a['some', 'list']