力扣算法题—460LFU缓存

Posted 2022-02-09 zzw1024

【题目描述】

设计并实现最不经常使用（LFU）缓存的数据结构。它应该支持以下操作：get 和 put。

get(key) - 如果键存在于缓存中，则获取键的值（总是正数），否则返回 -1。

put(key, value) - 如果键不存在，请设置或插入值。当缓存达到其容量时，它应该在插入新项目之前，使最不经常使用的项目无效。在此问题中，当存在平局（即两个或更多个键具有相同使用频率）时，最近最少使用的键将被去除。

进阶：

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内执行两项操作？

示例：

LFUCache cache = new LFUCache( 2 /*capacity (缓存容量) */ );

cache.put(1, 1);

cache.put(2, 2);

cache.get(1); // 返回 1

cache.put(3, 3); // 去除 key 2

cache.get(2); // 返回 -1 (未找到key 2)

cache.get(3); // 返回 3

cache.put(4, 4); // 去除 key 1

cache.get(1); // 返回 -1 (未找到 key 1)

cache.get(3); // 返回 3

cache.get(4); // 返回 4

【解题思路】

解题思路见我博客：左神算法进阶班6_1LFU缓存实现

 

【代码实现】

　　

  1 #pragma once
  2 #include <iostream>
  3 #include <map>
  4 
  5 using namespace std;
  6 
  7 class LFUCache 
  8 public:
  9     LFUCache(int capacity) 
 10         this->capacity = capacity;
 11     
 12 
 13     int get(int key) 
 14         if (dataMap.find(key) == dataMap.end())//数据不存在
 15             return -1;
 16         Node* p = dataMap[key];//找到数据节点
 17         NodeList* h = headMap[p->num];
 18         updataNode(p, h);
 19 
 20         return p->val;
 21     
 22 
 23     void put(int key, int value) 
 24         if (capacity == 0)
 25             return;
 26         if (dataMap.find(key) != dataMap.end())//已经存在
 27         
 28             Node* p = dataMap[key];//找到数据节点
 29             NodeList* h = headMap[p->num];//找到头链表节点        
 30             p->val = value;
 31 
 32             updataNode(p, h);//更新数据的使用次数        
 33         
 34         else//如果不存在，则新建
 35         
 36             if (dataMap.size() >= this->capacity)//容量不足，需要删除数据
 37                 deleteData();
 38 
 39             Node* p = new Node(key, value, 1);//使用用一次
 40             dataMap[key] = p;//记录
 41 
 42             //将新建节点插入使用1次的子链表中
 43             if (headMap.find(1) == headMap.end())//当使用1次的子链表不存在
 44                 createNode(p, headList);
 45             else
 46                 moveNode(p, headMap[1]);//插入在使用次数在1的子链表中
 47         
 48     
 49 
 50 private:
 51     struct Node//子链表
 52     
 53         int key;
 54         int val;
 55         int num;
 56         Node* next;
 57         Node* pre;
 58         Node(int a, int b, int n) :key(a), val(b), num(n), next(nullptr), pre(nullptr) 
 59     ;
 60 
 61     struct NodeList//主链表
 62     
 63         int num;
 64         Node* head;//子链表的头节点
 65         Node* tail;//子链表的尾结点
 66         NodeList* next;
 67         NodeList* pre;
 68         NodeList(int a) :num(a), next(nullptr), pre(nullptr)
 69         
 70             head = new Node(0, 0, a);//新建一个子链表的头结点
 71             tail = head;
 72         
 73     ;
 74 
 75 private:
 76     void getNode(Node*& p, NodeList*& h)//将节点从子链表中取出
 77     
 78         p->pre->next = p->next;
 79         if (p->next == nullptr)
 80             h->tail = p->pre;
 81         else
 82             p->next->pre = p->pre;
 83     
 84     void moveNode(Node*& p, NodeList*& q)//将节点向后移动
 85     
 86         p->next = q->tail->next;
 87         q->tail->next = p;
 88         p->pre = q->tail;
 89         q->tail = p;
 90     
 91     void deleteNode(int num, NodeList*& h)//删除子链表
 92     
 93         headMap.erase(num);//从map中删除
 94         h->pre->next = h->next;
 95         if (h->next != nullptr)
 96             h->next->pre = h->pre;
 97         delete h;
 98         h = nullptr;
 99     
100     void createNode(Node*p, NodeList*& h)//新建子链表,并插入在主链中
101     
102         NodeList* q = new NodeList(p->num);//新建一个子链表
103         headMap[p->num] = q;//保存对应的地址
104 
105         moveNode(p, q);////将节点放入子链表中        
106 
107         //将新子链插入主链表中
108         q->next = h->next;
109         if (h->next != nullptr)
110             h->next->pre = q;
111         h->next = q;
112         q->pre = h;
113     
114     void updataNode(Node*& p, NodeList*& h)//更新函数的使用次数
115     
116         int num = p->num;
117         p->num++;//使用次数+1
118 
119         //将p从子链表中取出
120         getNode(p, h);
121 
122         //将该数据向后面移动
123         if (headMap.find(p->num) == headMap.end())//不存在num+1的节点,那么新建
124             createNode(p, h);
125         else
126             moveNode(p, headMap[p->num]);////将节点放入子链表中    
127 
128         //如果该子链表为空，将该子链表删除,并从map中删除
129         if (h->head == h->tail)
130             deleteNode(num, h);
131     
132     void deleteData()//容量不足需要删除
133     
134         NodeList* p = headList->next;
135         Node* q = p->head->next;//删除子链表排在最前面的数据
136         if (q == p->tail)//要删除的数据就是最后一个数据，则删除该节点和子链表
137             deleteNode(q->num, p);
138         else
139         
140             p->head->next = q->next;
141             q->next->pre = p->head;
142         
143         dataMap.erase(q->key);//删除记录
144         delete q;//删除
145         q = nullptr;
146     
147 
148 private:
149     int capacity;
150     NodeList* headList = new NodeList(0);//主链表的头结点
151     map<int, Node*>dataMap;//key  <——>  真实数据节点地址
152     map<int, NodeList*>headMap;//次数 <——>  链表头节点地址
153 ;
154 
155 /**
156  * Your LFUCache object will be instantiated and called as such:
157  * LFUCache* obj = new LFUCache(capacity);
158  * int param_1 = obj->get(key);
159  * obj->put(key,value);
160  */
161 
162 void Test()
163 
164     LFUCache* f = new LFUCache(3);
165     f->put(1, 1);
166     f->put(2, 2);
167     f->put(3, 3);
168     f->put(4, 4);
169     cout << f->get(4) << endl;
170     cout << f->get(3) << endl;
171     cout << f->get(2) << endl;
172     cout << f->get(1) << endl;
173     f->put(5, 5);
174     cout << f->get(1) << endl;
175     cout << f->get(2) << endl;
176     cout << f->get(3) << endl;
177     cout << f->get(4) << endl;
178     cout << f->get(5) << endl;
179 
180 
181