【golang必備演算法】 Letecode 146. LRU 快取機制

cooper發表於2021-11-25
Golang演算法快取

力扣連結：146. LRU 快取機制

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思路：雜湊表 + 雙向連結串列

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為什麼必須要用雙向連結串列？

因為我們需要刪除操作。刪除一個節點不光要得到該節點本身的指標，也需要操作其前驅節點的指標，而雙向連結串列才能支援直接查詢前驅，保證操作的時間複雜度 O(1)。

為什麼要在連結串列中同時儲存 key 和 val，而不是隻儲存 val？

當快取容量已滿，我們不僅僅要刪除最後一個節點，還要把雜湊表 中對映到該節點的 key 同時刪除，而這個 key 只能由 節點得到。如果 節點結構中只儲存 val，那麼我們就無法得知 key 是什麼，就無法刪除 雜湊表中的鍵，造成錯誤。


程式碼

我這裡是向尾部新增資料，所以頭部的是不活躍的資料值

type LRUCache struct {  //LRU 快取結構
    capacity int         // 容量
    m map[int]*Node      //雜湊表
    cache *NodeList     //雙向連結串列
}

type Node struct{   //節點結構
    key   int
    value int
    prev *Node  //前一個節點
    next *Node  //後一個節點
}

func initNode(key,value int)*Node{   //初始化節點
    return &Node{
        key:key,
        value:value,
    }
}

type NodeList struct{   //連結串列結構
    head *Node  //連結串列頭節點
    last *Node  //連結串列尾節點
    size  int   //元素個數
}

func initList ()*NodeList{   //初始化連結串列
    dil:=&NodeList{
        head:initNode(0,0),
        last:initNode(0,0),
        size:0,
    }
    dil.head.next=dil.last
    dil.last.prev=dil.head

    return dil
}
    
func (this *NodeList)addNodeinlist(node *Node){     //向連結串列中插入節點，向連結串列尾部插節點
    node.prev=this.last.prev
    this.last.prev=node
    node.prev.next=node
    node.next=this.last

    this.size++
}

func (this *NodeList)deleteNodeinlist (node *Node){     //刪除連結串列中的某一結點
    node.prev.next=node.next
    node.next.prev=node.prev
    node.next=nil
    node.prev=nil
    this.size--
}

func (this *NodeList)delfirstNode()*Node{   //刪除第一個節點，並且返回
    if this.head.next==this.last{
        return nil
    }
     t:=this.head.next
     this.deleteNodeinlist(t)

     return t
}


func Constructor(capacity int) LRUCache {   //初始化 LRU 快取
    return LRUCache{
        capacity:capacity,
        m:make(map[int]*Node,0),
        cache:initList(),
    }
}

func (this *LRUCache)addkey(key,value int){     //新增元素
    node:=initNode(key,value)
    //增加map對映
    this.m[key]=node

    //在連結串列中新增元素
    this.cache.addNodeinlist(node)
}

func (this *LRUCache)makekey(key int){    // 將某個 key 調整為最近使用的元素
    //找到節點
    node:=this.m[key]
    //刪除節點
    this.cache.deleteNodeinlist(node)
    // 新增到連結串列尾部
    this.cache.addNodeinlist(node)
}   

func (this *LRUCache)deletekey(key int){      //刪除元素
    
    //刪除連結串列中節點
    this.cache.deleteNodeinlist(this.m[key])
    //刪除map對映
    delete(this.m,key)
}

func (this *LRUCache)deletefirkey(){        //刪除最久未使用的元素
    // 連結串列的第一個就是最近最少使用的元素
    node:=this.cache.delfirstNode()

     // 刪除對映
    delete(this.m,node.key)
}

func (this *LRUCache) Get(key int) int {
      if _,ok:=this.m[key];ok{
          //存在
          this.makekey(key)	//將某個 key 調整為最近使用的元素
          return this.m[key].value
      }else{
          //不存在
          return -1
      }

}


func (this *LRUCache) Put(key int, value int)  {
    // 檢查key存不存在
    if _,ok:=this.m[key];ok{
        //存在
        //刪除元素
        this.deletekey(key)

        //新增元素到尾部
        this.addkey(key,value)

    }else{
        //不存在
        if this.capacity==this.cache.size{
            //快取達到上限
            //刪除最久未使用的元素
            this.deletefirkey()
        }
        //新增元素到尾部
        this.addkey(key,value)
    }
}

參考：

https://leetcode-cn.com/problems/lru-cache/solution/jian-dan-shi-li-xiang-xi-jiang-jie-lru-s-exsd/

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