LeetCode第 146 號問題： LRU 快取機制

weixin_34162695發表於2019-01-28
LeetCode快取

題目描述

運用你所掌握的資料結構，設計和實現一個 LRU (最近最少使用) 快取機制。它應該支援以下操作： 獲取資料 get 和 寫入資料 put 。

獲取資料 get(key) - 如果金鑰 (key) 存在於快取中，則獲取金鑰的值（總是正數），否則返回 -1。 寫入資料 put(key, value) - 如果金鑰不存在，則寫入其資料值。當快取容量達到上限時，它應該在寫入新資料之前刪除最近最少使用的資料值，從而為新的資料值留出空間。

進階:

你是否可以在 O(1) 時間複雜度內完成這兩種操作？

示例:

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 快取容量 */ );

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1);       // 返回  1
cache.put(3, 3);    // 該操作會使得金鑰 2 作廢
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);    // 該操作會使得金鑰 1 作廢
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3);       // 返回  3
cache.get(4);       // 返回  4
複製程式碼

思路解析

這道題是讓我們實現一個 LRU 快取器，LRU是Least Recently Used的簡寫，就是最近最少使用的意思。

這個快取器主要有兩個成員函式，get和put。

其中 get 函式是通過輸入 key 來獲得 value，如果成功獲得後，這對 (key, value) 升至快取器中最常用的位置（頂部），如果 key 不存在，則返回 -1 。

而 put 函式是插入一對新的 (key, value)，如果原快取器中有該 key，則需要先刪除掉原有的，將新的插入到快取器的頂部。如果不存在，則直接插入到頂部。

若加入新的值後快取器超過了容量，則需要刪掉一個最不常用的值，也就是底部的值。

具體實現時我們需要三個私有變數，cap , l 和 m，其中 cap 是快取器的容量大小，l 是儲存快取器內容的列表，m 是 HashMap，儲存關鍵值 key 和快取器各項的迭代器之間對映，方便我們以 O(1) 的時間內找到目標項。

然後我們再來看 get 和 put 如何實現。

其中，get 相對簡單些，我們在 m 中查詢給定的key，若不存在直接返回 -1；如果存在則將此項移到頂部。

對於 put ，我們也是現在 m 中查詢給定的 key，如果存在就刪掉原有項，並在頂部插入新來項，然後判斷是否溢位，若溢位則刪掉底部項(最不常用項)。

動畫演示

動畫錄製少錄了幾秒，見諒：（

參考程式碼

class LRUCache{
public:
    LRUCache(int capacity) {
        cap = capacity;
    }
    
    int get(int key) {
        auto it = m.find(key);
        if (it == m.end()) return -1;
        l.splice(l.begin(), l, it->second);
        return it->second->second;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        auto it = m.find(key);
        if (it != m.end()) l.erase(it->second);
        l.push_front(make_pair(key, value));
        m[key] = l.begin();
        if (m.size() > cap) {
            int k = l.rbegin()->first;
            l.pop_back();
            m.erase(k);
        }
    }
    
private:
    int cap;
    list<pair<int, int>> l;
    unordered_map<int, list<pair<int, int>>::iterator> m;
};
複製程式碼

程式碼截圖

相關文章