FJUTOJ-3682 LRU算法的实现2 (链表+哈希)

Posted 2021-02-13 sandychn

[FJUTOJ-3682] LRU算法的实现2

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此题让我们实现一个LRU的模板类。本题较简便且高效的写法是维护一个std::list和一个std::unordered_map。

std::list 与 std::unordered_map 中存放的内容

std::list中存放各key，类型为K。链表中各键码存放的顺序是按照访问顺序存放的。

std::unordered_map中以key为第一维，第二维为一个pair，其first和second分别为：

first: 该key对应的value。

second:该key在std::list中的迭代器方便访问。

为方便，下面用“链表”来指代std::list，用“哈希表”来指代std::unordered_map。

各操作实现

insert操作：用哈希表判断该键是否已经存在。若存在，先在链表中删除该key，然后再新加一个该key到链表尾部，并更新在哈希表中的value和链表的迭代器。若不存在，则直接加至链表尾部，并在哈希表中插入该key，伴随着对应的value和链表迭代器。

get操作：直接从哈希表中获得其value即可。代码实现未检测该key是否存在，严谨来说应该加上异常处理。

contains操作：直接在哈希表中查询是否存在该key即可。

vis操作：用哈希表判断该键是否存在。若不存在，则本操作无效。否则，将该键从链表中删除，然后再将其加至链表尾部，并更新哈希表中对应链表迭代器。

pop操作：判断是否整个容器已经为空。若为空，则本操作无效。否则，将链表头部元素从链表中删除，并在哈希表中删除对应键值信息。

remove操作：用哈希表判断该键是否存在。若不存在，则本操作无效。否则，将该键从链表中删除，并在哈希表中删除对应键值信息。

empty操作：哈希表或链表判空即可。

size操作：取哈希表或链表大小即可。

clear操作：清空哈希表和链表即可。

时间复杂度

各操作基于对链表和哈希表的修改。期望复杂度均为(O(1))。

参考代码实现

#include <list>
#include <unordered_map>

template <typename K, typename V>
class LRU {
private:
    typedef typename std::list<K>::iterator listIter;
    typedef typename std::unordered_map<K, std::pair<V, listIter>>::iterator unorderedMapIter;
    std::list<K> lst;
    std::unordered_map<K, std::pair<V, listIter>> mp;

public:
    void insert(const K &key, const V &value) {
        unorderedMapIter it = mp.find(key);
        if (it == mp.end()) {
            lst.emplace_back(key);
            mp.insert(std::make_pair(key, std::make_pair(value, --lst.end())));
        } else {
            lst.erase(it->second.second);
            lst.emplace_back(key);
            it->second = std::make_pair(value, --lst.end());
        }
    }

    // If Key doesn't exist, this will create one <Key, zero>
    V get(const K &key) {
        return mp[key].first;
    }

    bool contains(const K &key) {
        return mp.count(key) == 1;
    }

    void vis(const K &key) {
        unorderedMapIter it = mp.find(key);
        if (it != mp.end()) {
            lst.erase(it->second.second);
            lst.emplace_back(key);
            it->second.second = --lst.end();
        }
    }

    void pop() {
        if (!lst.empty()) {
            mp.erase(lst.front());
            lst.pop_front();
        }
    }

    void remove(const K &key) {
        unorderedMapIter it = mp.find(key);
        if (it != mp.end()) {
            lst.erase(it->second.second);
            mp.erase(it);
        }
    }

    bool emtpy() {
        return lst.empty();
    }

    unsigned long long size() {
        return lst.size();
    }
    
    void clear() {
        lst.clear();
        mp.clear();
    }
};