LRU Cache
这道题是一个数据结构设计题,在leetcode里面就这么一道,还是挺经典的一道题,可以好好看看。
这道题要求设计实现LRU cache的数据结构,实现set和get功能。学习过操作系统的都应该知道,cache作为缓存可以帮助快速存取数据,但是确定是容量较小。这道题要求实现的cache类型是LRU,LRU的基本思想就是“最近用到的数据被重用的概率比较早用到的大的多”,是一种更加高效的cache类型。
解决这道题的方法是:双向链表+HashMap。
“为了能够快速删除最久没有访问的数据项和插入最新的数据项,我们将双向链表连接Cache中的数据项,并且保证链表维持数据项从最近访问到最旧访问的顺序。 每次数据项被查询到时,都将此数据项移动到链表头部(O(1)的时间复杂度)。这样,在进行过多次查找操作后,最近被使用过的内容就向链表的头移动,而没 有被使用的内容就向链表的后面移动。当需要替换时,链表最后的位置就是最近最少被使用的数据项,我们只需要将最新的数据项放在链表头部,当Cache满 时,淘汰链表最后的位置就是了。 ”
注: 对于双向链表的使用,基于两个考虑。
首先是Cache中块的命中可能是随机的,和Load进来的顺序无关。
其次,双向链表插入、删除很快,可以灵活的调整相互间的次序,时间复杂度为O(1)。”
解决了LRU的特性,现在考虑下算法的时间复杂度。为了能减少整个数据结构的时间复杂度,就要减少查找的时间复杂度,所以这里利用HashMap来做,这样时间苏咋读就是O(1)。
所以对于本题来说:
get(key): 如果cache中不存在要get的值,返回-1;如果cache中存在要找的值,返回其值并将其在原链表中删除,然后将其作为头结点。
set(key,value):当要set的key值已经存在,就更新其value, 将其在原链表中删除,然后将其作为头结点;当药set的key值不存在,就新建一个node,如果当前len<capacity,就将其加入hashmap中,并将其作为头结点,更新len长度,否则,删除链表最后一个node,再将其放入hashmap并作为头结点,但len不更新。
public class LRUCache {
private int capacity;
private int len;
private DoubleLinkedListNode head;
private DoubleLinkedListNode end;
private HashMap<Integer, DoubleLinkedListNode> map;
public LRUCache(int capacity) {
map = new HashMap<Integer, DoubleLinkedListNode>();
len = 0;
this.capacity = capacity;
}
public int get(int key) {
if(map.containsKey(key)) {
DoubleLinkedListNode node = map.get(key);
removeNode(node);
setHead(node);
return node.value;
} else {
return -1;
}}
public void set(int key, int value) {
if(map.containsKey(key)) {
DoubleLinkedListNode node = map.get(key);
node.value = value;
removeNode(node);setHead(node);
} else {
DoubleLinkedListNode node = new DoubleLinkedListNode(key, value);
if(len < capacity) {
setHead(node);
map.put(key, node);
len++;
} else {
map.remove(end.key);
removeNode(end);
setHead(node);
map.put(key, node);
}
}
}
private void setHead(DoubleLinkedListNode node) {
node.next = head;
if(head != null) {
head.prev = node;
}
node.prev = null;
head = node;
if(end == null) {
end = head;
}
}
private void removeNode(DoubleLinkedListNode node) {
DoubleLinkedListNode prev = node.prev;
DoubleLinkedListNode next = node.next;
if(prev != null) {prev.next = next;
} else {
head = next;
}
if(next != null) {
next.prev = prev;
} else {
end = prev;
}}
}
class DoubleLinkedListNode { //前面不能加 public
public int key;
public int value;
public DoubleLinkedListNode prev;
public DoubleLinkedListNode next;
public DoubleLinkedListNode(int key, int value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
}