leetcode.380 常数时间插入、删除和获取随机元素

设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构。

1. insert(val)：当元素 val 不存在时，向集合中插入该项。
2. remove(val)：元素 val 存在时，从集合中移除该项。
3. getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有相同的概率被返回。

示例 :

// 初始化一个空的集合。
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomSet.insert(1);

// 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomSet.remove(2);

// 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomSet.insert(2);

// getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomSet.getRandom();

// 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomSet.remove(1);

// 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomSet.insert(2);

// 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。
randomSet.getRandom();

思路：要在常数时间内插入和删除数据，必须要用额外的空间来做，这是空间换时间的思想。

           使用 List 类型来保存插入的值，使用 Map 来保存插入数值和它在 List 类型中下标的映射关系。

           插入的时候先判断是否已经在 Map 里面有映射关系了，如果有的话，则不插入，否则的话按顺序大小插入 List，并且更               新 Map 的映射关系，将长度加一。

           删除的话，首先还是判断有没有映射，没有的话就无法删除，其次是只有一个元素，而又刚刚好要删除这个元素，直接删             除即可，否则的话，将 list 的最后一个元素覆盖要删除的位置，然后更新 map 的映射关系。

class RandomizedSet {

    Map map; // 存放值和在 list 的下标位置的映射
    List list;       // 存放要插入数据的结构
    int size;                 // 数据的长度
    /** Initialize your data structure here. */
    public RandomizedSet() {
        map = new HashMap<>();
        list = new ArrayList<>();
        size = 0;
    }
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    public boolean insert(int val) {
        if(map.containsKey(val)) return false;
        else{
            // 插入数据，并更新 map 的映射后将长度加一
            list.add(size,val);
            map.put(val,size++);
            return true;
        }
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    public boolean remove(int val) {
        if(!map.containsKey(val)) return false;
        else if( size == 0 ){ map.remove(val);}
        else{
            // 取到 list 末尾的数据
            int tailKey = list.get(size-1);
            // 然后将要原先 map 中得 val-index 映射改为 tailKey-index
            map.put(tailKey,map.get(val));
            // 在 map 中取得 val 在 list 的位置，然后根据这个位置用末尾元素 tailKey 替代
            list.set(map.get(val),tailKey);
            // 在 map 中删除 val 的映射
            map.remove(val);
            size--;
        }
        return true;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    public int getRandom() {
        Random rand = new Random();
         // rand.nextInt(size) 产生的是 0 到 size（不包括 size） 的数据
        return list.get(rand.nextInt(size));
    }
}

/**
 * Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedSet obj = new RandomizedSet();
 * boolean param_1 = obj.insert(val);
 * boolean param_2 = obj.remove(val);
 * int param_3 = obj.getRandom();
 */