【题目】
LFU也是一个著名的缓存算法,自行了解之后实现LFU中的set 和 get
要求：两个方法的时间复杂度都为O(1)
【题解】
LFU算法与LRU算法很像
但LRU是最新使用的排在使用频率最前面，也就是LRU是通过使用时间进行排序，
使用时间越新，其使用频率越高，而使用时间越久，其使用频率越低，即当空间满时，被删除的概率最大
而LFU是根据使用次数来算使用频率的，使用次数越多，其使用频率越高，使用次数越少，使用频率越低，当空间满时越容易被删除
同样，使用hash_map表和双向链表进行存储；
hash表存储关键词与双向链表的节点地址
而双向链表的数据存储的是使用次数，每种使用次数仍然是一个双向链表，
当put一个数据，则在使用次数为1的链表节点下的链表中按put顺序依次存储
当每get一个数据，若存在，而在相对应使用次数的链表节点中拿出，放在下一个链表节点下，即使用次数 + 1的节点
记住，在相同的使用次数中，是按照使用时间顺序进行存放的，
所以，当空间满时，首先删除大链表的头中的头，即使用次数为1的节点中的头结点【最早放入】，若使用次数都一样，同样是删除该使用次数节点中链表的 头节点
所以，数据存放于链表尾部，数据删除于链表的头部
还有，当某个链表节点为空，则删除，某个链表节点不存在，则新建
比如，当使用次数为2的节点中无数据，则删出该节点，
当有一个新数据的使用次数为2时，发现不存在使用次数为2的节点，那么就应该新建一个节点
【代码】
1 #pragma once 2 #include <iostream> 3 #include <hash_map> 4 5 using namespace std; 6 7 struct Node//子链表 8 { 9 int key; 10 int val; 11 int num; 12 Node* next; 13 Node* pre; 14 Node(int a, int b, int n) :key(a), val(b), num(n), next(nullptr), pre(nullptr) {} 15 }; 16 17 struct NodeList//主链表 18 { 19 int num; 20 Node* head;//子链表的头节点 21 Node* tail;//子链表的尾结点 22 NodeList* next; 23 NodeList* pre; 24 NodeList(int a) :num(a), next(nullptr), pre(nullptr) 25 { 26 head = new Node(0, 0, a);//新建一个子链表的头结点 27 tail = head; 28 } 29 }; 30 31 class LFU 32 { 33 public: 34 LFU(int size) :capacity(size) {} 35 void set(int key, int value); 36 int get(int key); 37 38 private: 39 void getNode(Node*& p, NodeList*& h);//将节点从子链表中取出 40 void moveNode(Node*& p, NodeList*& h);//将节点向后移动 41 void deleteNode(int num, NodeList*& h);//删除子链表 42 void createNode(Node*p, NodeList*& h);//新建子链表,并插入在主链中 43 void updataNode(Node*& p, NodeList*& h);//更新函数的使用次数 44 void deleteData();//容量不足需要删除 45 46 private: 47 int capacity; 48 NodeList* headList = new NodeList(0);//主链表的头结点 49 hash_map<int, Node*>dataMap;//key <——> 真实数据节点地址 50 hash_map<int, NodeList*>headMap;//次数 <——> 链表头节点地址 51 }; 52 53 void LFU::set(int key, int value) 54 { 55 if (this->capacity == 0) 56 return; 57 if (dataMap.find(key) != dataMap.end())//已经存在 58 { 59 Node* p = dataMap[key];//找到数据节点 60 NodeList* h = headMap[p->num];//找到头链表节点 61 p->val = value; 62 63 updataNode(p, h);//更新数据的使用次数 64 } 65 else//如果不存在，则新建 66 { 67 if (dataMap.size() >= this->capacity)//容量不足，需要删除数据 68 deleteData(); 69 70 Node* p = new Node(key, value, 1);//使用用一次 71 dataMap[key] = p;//记录 72 73 //将新建节点插入使用1次的子链表中 74 if (headMap.find(1) == headMap.end())//当使用1次的子链表不存在 75 createNode(p, headList); 76 else 77 moveNode(p, headMap[1]);//插入在使用次数在1的子链表中 78 } 79 } 80 81 int LFU::get(int key) 82 { 83 if (dataMap.find(key) == dataMap.end())//数据不存在 84 return -1; 85 Node* p = dataMap[key];//找到数据节点 86 NodeList* h = headMap[p->num]; 87 updataNode(p, h); 88 89 return p->val; 90 } 91 92 void LFU::getNode(Node*& p, NodeList*& h)//将节点从子链表中取出 93 { 94 p->pre->next = p->next; 95 if (p->next == nullptr) 96 h->tail = p->pre; 97 else 98 p->next->pre = p->pre; 99 } 100 101 void LFU::moveNode(Node*& p, NodeList*& q)//将节点向后移动 102 { 103 p->next = q->tail->next; 104 q->tail->next = p; 105 p->pre = q->tail; 106 q->tail = p; 107 } 108 109 void LFU::deleteNode(int num, NodeList*& h)//删除子链表 110 { 111 headMap.erase(num);//从map中删除 112 h->pre->next = h->next; 113 if (h->next != nullptr) 114 h->next->pre = h->pre; 115 delete h; 116 h = nullptr; 117 } 118 119 120 void LFU::createNode(Node*p, NodeList*& h)//新建子链表,并插入在主链中 121 { 122 NodeList* q = new NodeList(p->num);//新建一个子链表 123 headMap[p->num] = q;//保存对应的地址 124 125 moveNode(p, q);////将节点放入子链表中 126 127 //将新子链插入主链表中 128 q->next = h->next; 129 if (h->next != nullptr) 130 h->next->pre = q; 131 h->next = q; 132 q->pre = h; 133 } 134 135 void LFU::updataNode(Node*& p, NodeList*& h)//更新函数的使用次数 136 { 137 int num = p->num; 138 p->num++;//使用次数+1 139 140 //将p从子链表中取出 141 getNode(p, h); 142 143 //将该数据向后面移动 144 if (headMap.find(p->num) == headMap.end())//不存在num+1的节点,那么新建 145 createNode(p, h); 146 else 147 moveNode(p, headMap[p->num]);////将节点放入子链表中 148 149 //如果该子链表为空，将该子链表删除,并从map中删除 150 if (h->head == h->tail) 151 deleteNode(num, h); 152 } 153 154 void LFU::deleteData()//容量不足需要删除 155 { 156 NodeList* p = headList->next; 157 Node* q = p->head->next;//删除子链表排在最前面的数据 158 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 159 deleteNode(q->num, p); 160 else 161 { 162 p->head->next = q->next; 163 q->next->pre = p->head; 164 } 165 dataMap.erase(q->key);//删除记录 166 delete q;//删除 167 q = nullptr; 168 } 169 170 171 void Test() 172 { 173 LFU* f = new LFU(3); 174 f->set(1, 11); 175 f->set(2, 22); 176 f->set(3, 33); 177 cout << f->get(4) << endl; 178 f->set(4, 44); 179 cout << f->get(1) << endl; 180 cout << f->get(2) << endl; 181 cout << f->get(2) << endl; 182 cout << f->get(2) << endl; 183 cout << f->get(3) << endl; 184 cout << f->get(3) << endl; 185 cout << f->get(4) << endl; 186 cout << f->get(4) << endl; 187 cout << f->get(4) << endl; 188 f->set(5, 55); 189 cout << f->get(3) << endl; 190 cout << f->get(5) << endl; 191 192 }