O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

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题目

实现RandomizedSet 类：

• RandomizedSet() 初始化 RandomizedSet 对象
• bool insert(int val) 当元素 val 不存在时，向集合中插入该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
• bool remove(int val) 当元素 val 存在时，从集合中移除该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
• int getRandom() 随机返回现有集合中的一项（测试用例保证调用此方法时集合中至少存在一个元素）。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

你必须实现类的所有函数，并满足每个函数的 平均 时间复杂度为 O(1) 。

示例：

输入
["RandomizedSet", "insert", "remove", "insert", "getRandom", "remove", "insert", "getRandom"]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出
[null, true, false, true, 2, true, false, 2]

解释
RandomizedSet randomizedSet = new RandomizedSet();
randomizedSet.insert(1); // 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomizedSet.remove(2); // 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomizedSet.insert(2); // 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomizedSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomizedSet.remove(1); // 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomizedSet.insert(2); // 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomizedSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。

提示：

• -2^31 <= val <= 2^31 - 1
• 最多调用 insert、remove 和 getRandom 函数 2 * 10^5 次
• 在调用 getRandom 方法时，数据结构中 至少存在一个 元素。

代码

class RandomizedSet {
    static int[] nums = new int[200010];
    Random random = new Random();
    Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();  //储存nums中的值和对应下标
    int idx = -1;  //nums[0~idx]有数据，其他无
    public boolean insert(int val) {
        if (map.containsKey(val)) return false;
        nums[++idx] = val;  //在尾部插入数据
        map.put(val, idx);  //将插入的数据和插入的位置记录到map中
        return true;
    }
    public boolean remove(int val) {
        if (!map.containsKey(val)) return false;
        int loc = map.remove(val);  //返回key为val的map值，即val在nums中的下标
        //如果删除的数据不是在尾部，则将尾部的数据移动到删除数据的下标处，使nums[0~idx]都是有数据的
        if (loc != idx) map.put(nums[idx], loc);
        nums[loc] = nums[idx--];
        return true;
    }
    public int getRandom() {
        return nums[random.nextInt(idx + 1)];  //随机获取nums中下标为0~idx的数据
    }
}

/**
 * Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedSet obj = new RandomizedSet();
 * boolean param_1 = obj.insert(val);
 * boolean param_2 = obj.remove(val);
 * int param_3 = obj.getRandom();
 */

代码对应的解释已经写在注释中。

参考资料：https://leetcode.cn/problems/insert-delete-getrandom-o1/description/?envType=study-plan-v2&envId=top-interview-150