LRU Cache——携程2019届秋招专业笔试（研发方向）

题目描述

设计一个数据结构，实现LRU Cache的功能(Least Recently Used – 最近最少使用缓存)。它支持如下2个操作： get 和 put。

int get(int key) – 如果key已存在，则返回key对应的值value（始终大于0）；如果key不存在，则返回-1。
void put(int key, int value) – 如果key不存在，将value插入；如果key已存在，则使用value替换原先已经存在的值。如果容量达到了限制，LRU Cache需要在插入新元素之前，将最近最少使用的元素删除。

请特别注意“使用”的定义：新插入或获取key视为被使用一次；而将已经存在的值替换更新，不算被使用。

限制：请在O(1)的时间复杂度内完成上述2个操作。

输入描述

第一行读入一个整数n，表示LRU Cache的容量限制。 从第二行开始一直到文件末尾，每1行代表1个操作。

如果每行的第1个字符是p，则该字符后面会跟随2个整数，表示put操作的key和value。

如果每行的第1个字符是g，则该字符后面会跟随1个整数，表示get操作的key。

输出描述

按照输入中get操作出现的顺序，按行输出get操作的返回结果。

示例

输入

2
p 1 1
p 2 2
g 1
p 2 102
p 3 3
g 1
g 2
g 3

输出

1
1
-1
3

说明

2 //Cache容量为2
p 1 1 //put(1, 1)
p 2 2 //put(2, 2)
g 1 //get(1), 返回1
p 2 102 //put(2, 102)，更新已存在的key，不算被使用
p 3 3 //put(3, 3)，容量超过限制，将最近最少使用的key=2清除
g 1 //get(1), 返回1
g 2 //get(2), 返回-1
g 3 //get(3), 返回3

题目分析

这道题可以采用（hashMap + 双向链表）的思想完成。
其中双向链表的插入复杂度为O(1), hashMap的查找复杂度也为O(1).符合题目的要求。
思路：
put操作：
首先查看在map中是否出现了key值，如果出现了key则替换掉value
如果没出现的话，考虑链表是否满，如果没有满的话，直接在双向链表最前端插入。
如果满的话，删除双向链表最后端的数元素后再插入。同时更新map。

get操作：

1. 如果map出现了key值，则返回相应的value，同时将链表中的对应的key - value提升到队列首部，更新map。
2. 如果没出现则返回 - 1

使用hashmap存放的原因是hashmap存放的value为双向列表的迭代器（元素的指针），这样可以使得我们在列表中查询元素的时间复杂度从O(N)下降到O(1)。
详情请看代码注释：

代码

C++代码如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
 
typedef unordered_map<int, list<pair<int, int> >::iterator> hashMap;
//用哈希表进行快速查找，内部元素是一种完全无序的状态
list<pair<int, int> > li;
 
hashMap map;
int capacity;
 
void put(int k,int v)
{
     
    auto it=map.find(k);//找到k对应的指针
    if(it!=map.end())
    {
     
        it->second->second=v;//如果没有满则直接插入
    }
    else
    {
     
        if(li.size()==capacity)
        {
     
            int key=li.back().first;//获取链表尾部的key值
            li.pop_back();//弹出尾部元素
            map.erase(key);//删除key指针
        }
        li.push_front(make_pair(k,v));//将新的key,value插入到链表中
        map[k]=li.begin();//map存放链表最前端的指针
    }
}

int get(int k)
{
     
    auto it=map.find(k);//找到k对应的链表指针
    if(it==map.end())
        return -1;//没有找到元素
    int res=it->second->second;//获取key对应的value值
    li.erase(it->second);//将value从链表中删除
    li.push_front(make_pair(k,res));//将使用过的key，value放在链表的最前端
    map[k]=li.begin();//map存放链表最前端的指针
    return res;
}
int main()
{
     
    int k,v;
    char c;
    cin>>capacity;
    while(cin>>c)
    {
     
        if(c=='p')
        {
     
            cin>>k>>v;
            if(capacity<=0)//当没有元素时，无法使用LRU，所以直接退出
                continue;
            put(k,v);
        }
        if(c=='g')
        {
     
            cin>>k;
            cout<<get(k)<<endl;
        }
    }
    return 0;
}