算法LRUCache示例 (LeetCode146)

Posted 2022-12-08 Kant101

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LeetCode146

JAVA

方法1

• 采用HashMap存储键值对；
• 采用LinkedHashSet存储键的使用情况，因为LinkedHashSet是按插入顺序来存储值的，当容量到顶时，直接删除第一个值即可。

class LRUCache 

    private LinkedHashSet<Integer> lru;

    private HashMap<Integer, Integer> cache;

    private int capacity;

    public LRUCache(int capacity) 
        cache = new HashMap<>(capacity);
        lru = new LinkedHashSet<>();
        this.capacity = capacity;
    

    public int get(int key) 
        if (!cache.containsKey(key)) 
            return -1;
        
        lru.remove(key);
        lru.add(key);
        return cache.get(key);
    

    public void put(int key, int value) 
        if (cache.containsKey(key)) 
            cache.put(key, value);
            lru.remove(key);
            lru.add(key);
         else 
            cache.put(key, value);
            lru.add(key);
            if (cache.size() > capacity) 
                int removeKey = -1;
                for (Integer firstKey : lru) 
                    removeKey = firstKey;
                    break;
                
                lru.remove(removeKey);
                cache.remove(removeKey);
            
        
    

方法2

重写 LinkedHashMap 的 **removeEldestEntry()** 方法，使得当达到LRUCache缓存的容量上限时，删除掉最老的元素，也就是最近最少使用的元素。

从LinkedHashMap的源码中看到，当在构造LinkedHashMap时设置了accessOrder 参数为true后，调用get() 或 getOrDefault() 方法后，都会调用如下的 afterNodeAccess() 方法，将最近访问过的结点放发到最后。

从LinkedHashMap的源码中看到，每次调用 put 方法后都会调用如下的 afterNodeInsertion() 方法，当 removeEldestEntry() 方法返回 true 时，就会删除 eldest 的结点。

因此到我们重写 removeEldestEntry() 方法，使得容量大于LRUCache的capacity时删除掉最老的那个元素，也就实现了删除最近最少使用的目的，实现了LRUCache。

class LRUCache 

    private final int capacity;

    private final LinkedHashMap<Integer, Integer> map;
    
    public LRUCache(int capacity) 
        this.capacity = capacity;
		/*
		 Override the `removeEldestEntry` of LinkedHashmap.
		 first param : capacity at the time the hash table is created
		 second param: default load factor:  measure of how full the hash table is allowed
		 https://stackoverflow.com/questions/10901752/what-is-the-significance-of-load-factor-in-hashmap
		 third param: accessOrder – the ordering mode - true for access-order, false for insertion-order
		*/
        map = new LinkedHashMap<Integer, Integer>(capacity, 0.75f, true) 
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) 
                return size() > capacity;
            
        ;
    

    public int get(int key) 
        return map.getOrDefault(key, -1);
    

    public void put(int key, int value) 
        map.put(key, value);
    

虽然跟方法一的原理差不多，但是不得不说JAVA库函数的效率要高得多。

C++

class LRUCache 
private:
    int cap;
    list<pair<int, int>> l;
    unordered_map<int, list<pair<int, int>>::iterator> m;
public:
    LRUCache(int capacity) 
        this->cap = capacity;
    

    int get(int key) 
        auto it = m.find(key);
        if (it == m.end()) return -1;
        l.splice(l.begin(), l, it->second);
        return it->second->second;
    

    void put(int key, int value) 
        auto it = m.find(key);
        if (it != m.end()) l.erase(it->second);
        l.push_front(make_pair(key, value));
        m[key] = l.begin();
        if (m.size() > cap) 
            int k = l.rbegin()->first;
            l.pop_back();
            m.erase(k);
        
    
;

OJ中C++偶尔会超时。

参考文献

[1] https://leetcode.com/problems/lru-cache/discuss/2425126/Java-solution-using-LinkedHashmap-(very-short-code).
[2] https://leetcode.com/problems/lru-cache/discuss/2425119/Java-Solutionor-Using-LinkedHashMap-and-HashMap-without-using-removeEldestEntry()-of-LinkedHashMap.