LRU 缓存双向链表实现

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题目描述

设计和构建一个“最近最少使用”缓存，该缓存会删除最近最少使用的项目。缓存应该从键映射到值(允许你插入和检索特定键对应的值)，并在初始化时指定最大容量。当缓存被填满时，它应该删除最近最少使用的项目。
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 $put(key, value)$ - 如果密钥不存在，则写入其数据值。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。
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
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思路分析

这道题的题目描述容易让人产生误解，更常用的语言表达应该是当缓存将要超出最大容量时，删除最久没有使用的 $key$ 。
当链表或者数组储存对应的 $key$ 时，要遵从一头用于插入 $key$ ,另一头用于删除 $key$ 。类似于先进先出数据结构。因为设计频繁的出入和删除，我们要选链表而不选数组。
对于 put, 当插入的 $key$ 不存在链表中时，直接在链表尾部插入，若链表此时容量大于最大限制容量，则删除链表头部一个结点即可；当插入的 $key$ 已经存在链表中时，先删除链表中对应 $key$ 的结点，再在尾部插入结点。
对于 get, 若 $key$ 不存在链表中直接返回 -1 ,不用对链表进行处理；若 $key$ 存在链表中，先将链表中对应 $key$ 的结点删除，然后将其加入链表尾部。
对于删除链表中的结点，可以用哈希表记录 $key$ 对应的结点，然后进行删除处理。

AC 代码

class LRUCache {

    class Node {
        private int key;
        private int value;
        private Node next;
        private Node pre;
        public Node() {}
        public Node(int key, int value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }
    }
    Map<Integer,Node> map = new HashMap<>();
    Node head;
    Node tail;

    int capacity;
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        head = new Node();
        tail = new Node();
        head.next = tail;
        tail.pre = head;
    }

    private void add(int key, int value) {
        Node node = new Node(key, value);
        tail.pre.next = node;
        node.pre = tail.pre;
        node.next = tail;
        tail.pre = node;
        map.put(key,node);
    }

    private void remove() {
        Node t = head.next;
        head.next = head.next.next;
        head.next.pre = head;
        t.next = null;
        t.pre = null;
        map.remove(t.key);
    }

    private int remove(int key) {
        Node node = map.get(key);
        Node p = node.pre;
        Node n = node.next;
        p.next = n;
        n.pre = p;
        node.next = null;
        node.pre = null;
        return node.value;
    }
    
    public int get(int key) {
        if (!map.containsKey(key)) return -1;
        int value = remove(key);
        add(key,value);
        return value;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        if (map.containsKey(key)) {
            remove(key);
            add(key, value);
        } else {
            if (map.size() == capacity) {
                remove();
            }
            add(key, value);
        }
    }
}
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总结

本题非常适合拿双向链表来练手，动动小手多多益善！

LRU 缓存双向链表实现

题目描述

思路分析

AC 代码

总结

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