LeetCode(146)：手写LRU算法

LRU：最近最少使用

题目描述

算法设计

cache这个数据结构需要具备以下条件：

• 元素必须有时序，当容量满了以后要删除最久未使用的元素
• get方法要求在O(1)的时间复杂度内，快速找到cache中是否存在某个key
• 每次调用get方法，需要将被访问元素变为最近使用的，即cache要支持在O(1)的时间复杂度内插入和删除元素
• put方法要求在O(1)的时间复杂度内，将写入数据变为最近使用的

我们知道，哈希表支持快速查找，而链表支持快速插入和删除

因此我们需要结合哈希表和双向链表：

• 哈希表的key是题目提供的key，而value则是指向链表节点的指针
• 链表中的每个节点都有key和val两个属性

并规定：

• 每次默认从链表尾部添加元素，越靠近尾部就越是最近使用的
• 对于get方法，可以通过哈希表取出节点的val值
• 对于put方法，先删除链表的第一个节点，再将其插入到链表尾部即可

代码实现（JavaScript）

定义节点类：

class Node {
    constructor(k,v){
        this.key = k
        this.val = v
    }
}

定义双向链表类：

• 构造函数：初始化两个虚拟的头尾节点
• addLast(x)：向链表尾部添加节点x
• removeNode(x)：删除链表中的节点x
• removeFirst()：删除并返回链表的第一个节点

class DoubleList {
    constructor(){
        this.head = new Node(0,0)
        this.tail = new Node(0,0)
        this.head.next = this.tail
        this.tail.prev = this.head
        this.size = 0
    }

    addLast(x){
        x.prev = this.tail.prev
        x.next = this.tail
        this.tail.prev.next = x
        this.tail.prev = x
        this.size++
    }

    removeNode(x){
        x.prev.next = x.next
        x.next.prev = x.prev
        this.size--
    }

    removeFirst(){
        if(this.size === 0){
            return null
        }
        var first = this.head.next
        this.head.next = first.next
        first.next.prev = this.head
        this.size--
        return first
    }
}

定义构造函数LRUcache

var LRUCache = function(capacity) {
    this.list = new DoubleList()
    this.map = new Map()
    this.capacity = capacity
};

编写get方法：

• 通过map找到指定key的节点x
• 从链表中删除节点x
• 将节点x添加到链表尾部
• 更新map
• 返回节点x的val值

LRUCache.prototype.get = function(key) {
    if(!this.map.has(key)){
        return -1
    }
    
    let tempNode = this.map.get(key)
    this.list.removeNode(tempNode)
    this.list.addLast(tempNode)

    this.map.set(key,tempNode)
    
    return tempNode.val
};

编写put方法：

若key已存在：

• 通过map找到指定key的节点x
• 从链表中删除节点x
• 更新节点x的val值，更新map
• 将节点x添加到链表尾部

若key不存在：

• 若容量已满，删除链表第一个节点，更新map
• 创建节点x，指定其key和val
• 将节点x添加到链表尾部

LRUCache.prototype.put = function(key, value) {
    if(this.map.has(key)){
        let tempNode = this.map.get(key)
        this.list.removeNode(tempNode)
        
        tempNode.val = value
        this.map.set(key,tempNode)
        this.list.addLast(tempNode)
    }else{
        if(this.list.size === this.capacity){
            let deleteNode = this.list.removeFirst()
            this.map.delete(deleteNode.key)
        }

        let tempNode = new Node(key,value)
        this.list.addLast(tempNode)
        this.map.set(key,tempNode)
        
    }
};