边工作边刷题：70天一遍leetcode: day 98

LRU Cache

这是一道leetcode的难题，这种题往往是算法结构很复杂，涉及一个或多个考点算法和数据结构的组合，同时又有很多corner cases要考虑。所以一定要找到合适memorize的结构，这样很容易推导出整个题目的解。否则会不断的记了忘忘了记。

这题分成大面上有两个考点，一个是LRU算法本身，另一个是hash table和doubly list的操作。LRU算法围绕两个接口get() and put()。这题的internal data structure之所以是hash table和list的结合是因为接口支持基于key的操作，而进出则是基于顺序，所以hash table用来支持key query，而list可以跟踪访问顺序。用到doubly list是因为其支持list上单node的reference的所有操作，不需要同时保存prev或者next的reference。
high-level操作

• get()：从hash table查询key value返回值，同时移动key对应的node到队列头
• put()：考虑两种情况：key已经在cache中存在或者不存在。
  • 如果存在，与get的操作类似。
  • 如果不存在，因为LRU cache的capacity有限，进一步考虑是否当前cache中的key已经等于当前capacity
    • 如果等于，需要删除list的最后node，然后插入新的到hash table和队头
    • 如果小于，直接插入新的到hash table和队头

low-level细节

• 根据high-level算法，无论是更新存在的key或者加入新key，对list只有两个基本操作removeNode()和addNodeToHead()，核心都是更新prev和next reference。无论是删除还是添加，都有可能对队头node，所以需要一个dummy node作为sentinel head
• corner cases：对于删除操作，一般的操作是更新next node的prev，所以对于tail，其next node为null，需要忽略这步。类似，对于添加到队头操作，需要更新当前队头node的prev，所以如果是空list，也要忽略这步。

class LRUCache(object):
    class ListNode(object):
        def __init__(self, key, val):
            self.key = key
            self.val = val
            self.next = None
            self.prev = None
    
    def __init__(self, capacity):
        """
        :type capacity: int
        """
        self.capacity = capacity
        self.size = 0
        self.hmap = {}
        self.dummy = self.ListNode(0,0)
        self.tail = self.dummy

    def get(self, key):
        """
        :rtype: int
        """
        hmap=self.hmap
        if key not in hmap:
            return -1
            
        val = hmap[key].val
        self.deleteNode(hmap[key])
        self.addNode(hmap[key])
        return val

    def set(self, key, value):
        """
        :type key: int
        :type value: int
        :rtype: nothing
        """
        hmap=self.hmap
        if key not in hmap:
            print self.size,self.capacity
            if self.size==self.capacity:
                print self.tail.key
                hmap.pop(self.tail.key)
                self.deleteNode(self.tail)
                self.size-=1
            hmap[key]=self.ListNode(key,value)
            self.addNode(hmap[key])
            self.size+=1
        else:
            hmap[key].val=value
            self.deleteNode(hmap[key])
            self.addNode(hmap[key])
        
    def deleteNode(self, node):
        # print self.hmap, node.val, self.tail.val
        if self.tail==node:
            self.tail = self.tail.prev
            self.tail.next = None
        else:
            node.prev.next = node.next
            node.next.prev = node.prev
        
    def addNode(self, node):
        dummy = self.dummy
        if dummy.next:
            dummy.next.prev = node
        else:
            self.tail = node
        node.prev = dummy
        node.next = dummy.next
        dummy.next = node