LeetCode刷题——146. LRU 缓存(HOT100)

✊✊✊🌈大家好！最近有面试会考LRU题，所以本篇文章将较详细介绍该题目146. LRU 缓存，代码语言为：C++代码😇。

394. 字符串解码

🔒1、题目：

请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
实现 LRUCache 类：
LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化LRU缓存
int get(int key) 如果关键字key存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
🌲 示例 1🌲：

	输入
	["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
	[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
	输出
	[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]
	
	解释
	LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
	lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
	lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
	lRUCache.get(1);    // 返回 1
	lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
	lRUCache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
	lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
	lRUCache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
	lRUCache.get(3);    // 返回 3
	lRUCache.get(4);    // 返回 4

❗️ 提示 ❗️ ：

• 1 <= capacity <= 3000
• 0 <= key <= 10000
• 0 <= value <= 105
• 最多调用 2 * 105 次 get 和 put

来源：力扣（LeetCode）👈

☀️2、思路：

思路参考灵神的题解
LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化LRU缓存
int get(int key) 如果关键字key存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

1. 函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
   这需要用到双向链表，每个节点存放key和value,节点的两个指针pre和next分别指向前一个和后一个节点。还需要哨兵节点dummy。
   定义一个Node类，存放上述变量。
2. get()要求关键字key在缓存中，则返回关键字的值，需要用到哈希表。
   unordered_map<int, Node*> key_to_node;
3. put()，缓存中key不存在，需要创建一个节点放在缓存最前列。这样的话，新的节点不断插入到哨兵节点与哨兵节点下一个节点之间，这样的话，哨兵节点的前一个指针，就指向了最久未使用的节点。缓存中节点数超额后，就可以很方便的删除掉最久未使用的节点。

如何删除一个节点？
将上一个节点的后指针跳过当前指针，直接指向后一个指针。（x.pre.next=x.next）
同理。将下一个节点的前指针跳过当前指针，直接指向前一个指针。（x.next.pre=x.pre）

如何把节点插入到哨兵节点dummy和哨兵节点dummy->next后一个指针之间。

x->pre=dummy;
x->next=dummy->next;
x->pre->next = x;
x->next->pre = x;

复杂度分析：
⏳时间复杂度 O(1) ：
🏠空间复杂度 O(min(p,capacity)) ：其中p为put的调用次数。

🔑3、代码：

//1.创建节点类
//1.创建节点类
class Node{
public:
    int key, value;
    Node *pre, *next;
    Node(int k = 0, int v = 0) : key(k), value(v) {}
};


class LRUCache {
//2.
private:
	//2.1设置相关变量
	int capacity;//容量
	Node *dummy;//哨兵节点
	unordered_map<int,Node*> um;//哈希表
	//2.2
	//删除
	void remove(Node*x){
		x->pre->next = x->next;
		x->next->pre = x->pre;
	}
	//添加
	void add(Node*x){
		x->pre=dummy;
		x->next=dummy->next;
		x->pre->next = x;
        x->next->pre = x;
	}

	Node* get_node(int key){
		auto it=um.find(key);
		if(it == um.end())
			return nullptr;
		
		auto node = it->second;
		remove(node);
		add(node);
		return node;
	}

public:
    LRUCache(int capacity):capacity(capacity),dummy(new Node()) {
		dummy->pre=dummy;
		dummy->next=dummy;
    }
    
    int get(int key) {
    	auto node = get_node(key);
    	return node ? node->value : -1;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        auto node = get_node(key);
        if (node) { // 有这本书
            node->value = value; // 更新 value
            return;
        }
        um[key] = node = new Node(key, value); // 新书
        add(node); // 放在最上面
        if (um.size() > capacity) { // 书太多了
            auto back_node = dummy->pre;
            um.erase(back_node->key);
            remove(back_node); // 去掉最后一本书
            delete back_node; // 释放内存
        }
    }
};