146.LRU Cache¶
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Design
Links: https://leetcode.com/problems/lru-cache/
Design and implement a data structure for Least Recently Used (LRU) cache. It should support the following operations: get
and put
.
get(key)
- Get the value (will always be positive) of the key if the key exists in the cache, otherwise return -1.
put(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.
The cache is initialized with a positive capacity.
Follow up: Could you do both operations in O(1) time complexity?
Example:
LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* capacity */ );
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // returns 1
cache.put(3, 3); // evicts key 2
cache.get(2); // returns -1 (not found)
cache.put(4, 4); // evicts key 1
cache.get(1); // returns -1 (not found)
cache.get(3); // returns 3
cache.get(4); // returns 4
class LRUCache {
int cap;
list<pair<int, int>> ls;
unordered_map<int, list<pair<int, int>>::iterator> um;
public:
LRUCache(int capacity) {
std::ios_base::sync_with_stdio(false);
cin.tie(NULL);
cout.tie(NULL);
cap = capacity;
}
int get(int key) {
auto it = um.find(key);
if (it == um.end()) return -1;
ls.splice(ls.begin(), ls, it -> second);
return it -> second -> second;
}
void put(int key, int value) {
auto it = um.find(key);
if (it != um.end()) ls.erase(it -> second);
ls.push_front(make_pair(key, value));
um[key] = ls.begin();
if (um.size() > cap) {
int k = ls.rbegin() -> first;
ls.pop_back();
um.erase(k);
}
}
};
/**
* Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
* LRUCache* obj = new LRUCache(capacity);
* int param_1 = obj->get(key);
* obj->put(key,value);
*/
这道题让我们实现一个 LRU 缓存器,LRU 是 Least Recently Used 的简写,就是最近最少使用的意思。那么这个缓存器主要有两个成员函数,get 和 put,其中 get 函数是通过输入 key 来获得 value,如果成功获得后,这对 (key, value) 升至缓存器中最常用的位置(顶部),如果 key 不存在,则返回 -1。而 put 函数是插入一对新的 (key, value),如果原缓存器中有该 key,则需要先删除掉原有的,将新的插入到缓存器的顶部。如果不存在,则直接插入到顶部。若加入新的值后缓存器超过了容量,则需要删掉一个最不常用的值,也就是底部的值。具体实现时我们需要三个私有变量,cap, l和m,其中 cap 是缓存器的容量大小,l是保存缓存器内容的列表,m是 HashMap,保存关键值 key 和缓存器各项的迭代器之间映射,方便我们以 O(1) 的时间内找到目标项。
然后我们再来看 get 和 put 如何实现,get 相对简单些,我们在 HashMap 中查找给定的 key,若不存在直接返回 -1。如果存在则将此项移到顶部,这里我们使用 C++ STL 中的函数 splice,专门移动链表中的一个或若干个结点到某个特定的位置,这里我们就只移动 key 对应的迭代器到列表的开头,然后返回 value。这里再解释一下为啥 HashMap 不用更新,因为 HashMap 的建立的是关键值 key 和缓存列表中的迭代器之间的映射,get 函数是查询函数,如果关键值 key 不在 HashMap,那么不需要更新。如果在,我们需要更新的是该 key-value 键值对儿对在缓存列表中的位置,而 HashMap 中还是这个 key 跟键值对儿的迭代器之间的映射,并不需要更新什么。
对于 put,我们也是现在 HashMap 中查找给定的 key,如果存在就删掉原有项,并在顶部插入新来项,然后判断是否溢出,若溢出则删掉底部项(最不常用项)。