题目:
运用你所掌握的数据结构,设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作: 获取数据 get
和 写入数据 put
。
获取数据 get(key)
- 如果密钥 (key) 存在于缓存中,则获取密钥的值(总是正数),否则返回 -1。
写入数据 put(key, value)
- 如果密钥已经存在,则变更其数据值;如果密钥不存在,则插入该组「密钥/数据值」。当缓存容量达到上限时,它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值,从而为新的数据值留出空间。
进阶:
你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作?
示例:
LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ ); cache.put(1, 1); cache.put(2, 2); cache.get(1); // 返回 1 cache.put(3, 3); // 该操作会使得密钥 2 作废 cache.get(2); // 返回 -1 (未找到) cache.put(4, 4); // 该操作会使得密钥 1 作废 cache.get(1); // 返回 -1 (未找到) cache.get(3); // 返回 3 cache.get(4); // 返回 4
思路:
利用双向链表,再辅以HashMap来解答。
这道题目对于cache的操作其实就是一个CRUD操作,双向链表从头到尾的排序方式是,越靠近头,使用/修改次数越多,越靠近尾,使用/修改次数越少。具体如下:
增加:将新节点插入到链表的表头即可;
删除:当cache满了的时候,删除链表尾部的节点;
修改:查找到节点之后更新其value,并将其移动到链表的头部,因为它是最新修改过的;
查找:查询到该节点之后,将节点移动到链表的头部。
知道了上述各个操作之后,我们进行思路分析:
首先需要对双向链表进行定义,它有两个指针域,分别指向直接前驱和直接后继,在这里我们分别称其为prev和next。又由于使用的是HashMap,所以还要定义key和value;
定义好双向链表之后,我们建立一个双向链表,然后再对以上1~4的各种情况进行操作即可。
java代码:
class LRUCache {
// 创建双向链表
class Node {
Node prev, next;
int key, value;
Node(int _key, int _value) {
key = _key;
value = _value;
}
}
Node head = new Node(0, 0), tail = new Node(0, 0);
Map<Integer, Node> map = new HashMap<>();
int max_len;
public LRUCache(int capacity) {
max_len = capacity;
// 建立双链表
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
public int get(int key) {
if (map.containsKey(key)) {
Node node = map.get(key);
remove(node);
add(node);
return node.value;
} else {
return -1;
}
}
public void put(int key, int value) {
if (map.containsKey(key)) {
remove(map.get(key));
}
// 把表头位置节点删除(说明最近的数据值)
if (map.size() == max_len) {
remove(head.next);
}
add(new Node(key, value));
}
// 删除链表
private void remove(Node node) {
map.remove(node.key);
// 删除节点
node.prev.next = node.next;
node.next.prev = node.prev;
}
// 加在链表尾
private void add(Node node) {
map.put(node.key, node);
Node pre_tail = tail.prev;
node.next = tail;
tail.prev = node;
pre_tail.next = node;
node.prev = pre_tail;
}
}