LeetCode380 常数时间插入、删除和获取随机元素

LeetCode380 常数时间插入、删除和获取随机元素

题目要求

设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构。
insert(val)：当元素 val 不存在时，向集合中插入该项。
remove(val)：元素 val 存在时，从集合中移除该项。
getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有相同的概率被返回。
示例 :

// 初始化一个空的集合。
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomSet.insert(1);

// 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomSet.remove(2);

// 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomSet.insert(2);

// getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomSet.getRandom();

// 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomSet.remove(1);

// 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomSet.insert(2);

// 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。
randomSet.getRandom();

分析：

查找最快的数据结构为列表或者hash表，分别按照角标或者内容查找。
删除元素hash表时间复杂度为常数时间，但是列表则为线性时间，本题需要做特殊处理，对于要删除的元素采用交换到末尾的策略，然后删除末尾元素再更新对应的hash表。

代码：

class RandomizedSet {
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    RandomizedSet() {
        
    }
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    bool insert(int val) {
        if(hashMap.find(val) != hashMap.end()) {
            return false;
        }
        vec.push_back(val);
        hashMap[val] = vec.size()-1;
        return true;
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    bool remove(int val) {
        if(hashMap.find(val) == hashMap.end()) {
            return false;
        }
        int index = hashMap.find(val) -> second;
        if(index == vec.size() - 1) {
            vec.pop_back();
            hashMap.erase(val);
        }else {
            hashMap[vec[vec.size()-1]] = index;
            swap(vec[index], vec[vec.size() - 1]);
            vec.pop_back();
            hashMap.erase(val);
        }
        return true;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    int getRandom() {
        if(!vec.size()) {
            return -1;
        }
        int index = rand() % vec.size();
        return vec[index];
    }
    
private:
    unordered_map<int, int> hashMap;
    vector<int> vec;
};

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