• LRU Cache leetcode java


    题目:

    Design and implement a data structure for Least Recently Used (LRU) cache. It should support the following operations: get and set.

    get(key) - Get the value (will always be positive) of the key if the key exists in the cache, otherwise return -1.
    set(key, value) - Set or insert the value if the key is not already present. When the cache reached its capacity, it should invalidate the least recently used item before inserting a new item.

    题解:

    这道题是一个数据结构设计题,在leetcode里面就这么一道,还是挺经典的一道题,可以好好看看。

    这道题要求设计实现LRU cache的数据结构,实现set和get功能。学习过操作系统的都应该知道,cache作为缓存可以帮助快速存取数据,但是确定是容量较小。这道题要求实现的cache类型是LRU,LRU的基本思想就是“最近用到的数据被重用的概率比较早用到的大的多”,是一种更加高效的cache类型。

    解决这道题的方法是:双向链表+HashMap

    “为了能够快速删除最久没有访问的数据项和插入最新的数据项,我们将双向链表连接Cache中的数据项,并且保证链表维持数据项从最近访问到最旧访问的顺序 每次数据项被查询到时,都将此数据项移动到链表头部(O(1)的时间复杂度)。这样,在进行过多次查找操作后,最近被使用过的内容就向链表的头移动,而没 有被使用的内容就向链表的后面移动。当需要替换时,链表最后的位置就是最近最少被使用的数据项,我们只需要将最新的数据项放在链表头部,当Cache满 时,淘汰链表最后的位置就是了。

     “注: 对于双向链表的使用,基于两个考虑。

                首先是Cache中块的命中可能是随机的,和Load进来的顺序无关。

             其次,双向链表插入、删除很快,可以灵活的调整相互间的次序,时间复杂度为O(1)。”

    解决了LRU的特性,现在考虑下算法的时间复杂度。为了能减少整个数据结构的时间复杂度,就要减少查找的时间复杂度,所以这里利用HashMap来做,这样时间苏咋读就是O(1)。

     所以对于本题来说:

    get(key): 如果cache中不存在要get的值,返回-1;如果cache中存在要找的值,返回其值并将其在原链表中删除,然后将其作为头结点。

    set(key,value):当要set的key值已经存在,就更新其value, 将其在原链表中删除,然后将其作为头结点;当药set的key值不存在,就新建一个node,如果当前len<capacity,就将其加入hashmap中,并将其作为头结点,更新len长度,否则,删除链表最后一个node,再将其放入hashmap并作为头结点,但len不更新。

    原则就是:对链表有访问,就要更新链表顺序。

    代码如下:

     1     private HashMap<Integer, DoubleLinkedListNode> map 
     2         = new HashMap<Integer, DoubleLinkedListNode>();
     3     private DoubleLinkedListNode head;
     4     private DoubleLinkedListNode end;
     5     private int capacity;
     6     private int len;
     7  
     8     public LRUCache(int capacity) {
     9         this.capacity = capacity;
    10         len = 0;
    11     }
    12  
    13     public int get(int key) {
    14         if (map.containsKey(key)) {
    15             DoubleLinkedListNode latest = map.get(key);
    16             removeNode(latest);
    17             setHead(latest);
    18             return latest.val;
    19         } else {
    20             return -1;
    21         }
    22     }
    23  
    24     public void removeNode(DoubleLinkedListNode node) {
    25         DoubleLinkedListNode cur = node;
    26         DoubleLinkedListNode pre = cur.pre;
    27         DoubleLinkedListNode post = cur.next;
    28  
    29         if (pre != null) {
    30             pre.next = post;
    31         } else {
    32             head = post;
    33         }
    34  
    35         if (post != null) {
    36             post.pre = pre;
    37         } else {
    38             end = pre;
    39         }
    40     }
    41  
    42     public void setHead(DoubleLinkedListNode node) {
    43         node.next = head;
    44         node.pre = null;
    45         if (head != null) {
    46             head.pre = node;
    47         }
    48  
    49         head = node;
    50         if (end == null) {
    51             end = node;
    52         }
    53     }
    54  
    55     public void set(int key, int value) {
    56         if (map.containsKey(key)) {
    57             DoubleLinkedListNode oldNode = map.get(key);
    58             oldNode.val = value;
    59             removeNode(oldNode);
    60             setHead(oldNode);
    61         } else {
    62             DoubleLinkedListNode newNode = 
    63                 new DoubleLinkedListNode(key, value);
    64             if (len < capacity) {
    65                 setHead(newNode);
    66                 map.put(key, newNode);
    67                 len++;
    68             } else {
    69                 map.remove(end.key);
    70                 end = end.pre;
    71                 if (end != null) {
    72                     end.next = null;
    73                 }
    74  
    75                 setHead(newNode);
    76                 map.put(key, newNode);
    77             }
    78         }
    79     }
    80 }
    81  
    82 class DoubleLinkedListNode {
    83     public int val;
    84     public int key;
    85     public DoubleLinkedListNode pre;
    86     public DoubleLinkedListNode next;
    87  
    88     public DoubleLinkedListNode(int key, int value) {
    89         val = value;
    90         this.key = key;
    91     }

     Reference:

    1. http://blog.csdn.net/hexinuaa/article/details/6630384 (引号中字引自此处)
    2. http://www.cnblogs.com/feiling/p/3426967.html
    3. http://www.programcreek.com/2013/03/leetcode-lru-cache-java/ (代码参考)

     

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/springfor/p/3869393.html
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