左神算法基础class5—题目2设计RandomPool结构，可加入、删除、获得key，复杂度为O(1）
左神算法基础class5—题目2设计RandomPool结构，可加入、删除、获得key，复杂度为O(1）
- 1.题目：设计RandomPool结构，可加入、删除、获得key，复杂度为O(1）
- 2.Map的简单介绍
- 3.分析
-
- （1）pool结构设计
- （2）添加设计
- （3）删除设计
- （4）等概率随机返回设计
- 4.完整代码
1.题目：设计RandomPool结构，可加入、删除、获得key，复杂度为O(1）
设计RandomPool结构一种结构，在该结构中有如下三个功能：
insert(key)：将某个key加入到该结构，做到不重复加入；
delete(key)：将原本在结构中的某个key移除；
getRandom()：等概率随机返回结构中的任何一个key。
【要求】 Insert、delete和getRandom方法的时间复杂度都是O(1)。
2.Map的简单介绍
由于要求添加、删除复杂度都为O(1)，考虑使用Map。
Map是STL的一个关联容器，主要用于资料一对一映射的情況
- map中所有元素都是pair
- pair中第一个元素为key（键值），起到索引作用，第二个元素为value（实值）
- map
#include3.分析
假设本题的结构中key值存放a,b,c,d,e，使用map结构后，加入和删除均只需要O(1)的复杂度，但是对于等概率随机返回却不容易做到，考虑使用两个map结构，如下图，添加的时候两个map同时添加，且第二个map的key存放第一个map的value值，value存放第一个map的key值，这样的目的是可以通过map2的value值反求出map1的key值。
对于等概率随机返回问题，假设一共有26个数，value值存放0,1,2,3,4,5。。。25时，通过rand（）函数随机出一个0-25之间的数，再通过map2找出对应的值，这样就可以随机返回map1的key值。此时value值视为桶号，挑选不同的桶把里面的东西即key倒出来，eg.0号桶是A。但是又有了新的问题出现，有时候删除过后，可能随机出的桶结果不存在，为了解决这种问题，我们需要保证桶号连续不间断。在删除时，把最大的桶的桶号更改为需要删除的桶号。例，假如删除B、1号桶，把当前最大的25号Z桶桶号更改为1，这样桶号是0-24依旧连续。
（1）pool结构设计
如上述分析，我们需要两个map来实现，在增加、删除时，两个map同增加同删除，在随机返回时，使用map2返回其value值达到目的。此外，还需要用于存放桶号的size。
class Pool
{
public:
Pool()
{
this->size = 0;
}
void map_insert(string word);
void map_delete(string word);
void getRandom();
private:
map<string,int> keyValueMap;
map<int,string> valuekeyMap;
int size ;//桶号
};
（2）添加设计
对于map1，要添加的key在map1的key中不存在时，调用map自带的insert函数添加，此时value值是当前的桶号size，而map2，key和value值与map1相反。map本身不允许有重复的key值，在这里使用find（）函数进行查找需要添加的值，如果查找的迭代器为空则添加进去。
void Pool::map_insert(string word)
{
//find(key)存在返回该键的元素的迭代器；不存在返回m.end();
//if(this->keyValueMap.end() != this->keyValueMap.find(word))
map<string,int>::iterator pos = keyValueMap.find(word);
if(pos == keyValueMap.end())
{
keyValueMap.insert(pair<string,int>(word,size));
valuekeyMap.insert(pair<int,string>(size++,word));
}
}
（3）删除设计
map的删除可由迭代器删除，找到删除位置的迭代器m.erase(pos),和指定key值删除m.erase(key)两种。
由于map的底层红黑树，map的value值可以进行修改，而key值不能修改。所以本来的想法是把桶最大的组覆盖掉删除的组的方法在c++行不通，考虑首先用迭代器记录map1删除的位置，接着分别记录桶最大的key值和删除的value值用作最后重新添加，再删除B,Z的四个部分，最后添加修改桶号后Z的两个部分。接下来需要定位四个需要删除的部分，对于map1中的B，题目中删除语句delete(word)可以直接获得word值进行删除，而map2中的部分，通过迭代器记录map1的位置可找出map1中第二个参数value即1；而map1的Z通过map2查找最大桶号的value值，即map1的key值，最后是map2的25可以通过最大桶号直接获得。
注意，刚开始我想删除两个组，覆盖两个组，不能想当然使用反向迭代器即直接删除最后一个组，map1，map2横向不一定对齐。最终用最原始的删除四个添加两个代码最简洁。
void Pool::map_delete(string word)
{
//map1需要删除的位置用pos记录
map<string,int> ::iterator pos = keyValueMap.find(word);
if(pos != keyValueMap.end())//表示需要删除的存在
{
//通过map2取出桶号最大的key值，再取出需要保存的桶号
string key = valuekeyMap.find(size - 1)->second;
int value = pos->second;
//删除四个map部分，分别通过迭代器、按值查找获得
keyValueMap.erase(word);
keyValueMap.erase(key);
valuekeyMap.erase(value);
valuekeyMap.erase(--size);//桶号减一
//删除的恰好是桶最大，就不需要添加，直接返回
if(word == key)
return;
this->keyValueMap.insert(pair<string,int>(key,value));
this->valuekeyMap.insert(pair<int,string>(value,key));
}
}
（4）等概率随机返回设计
通过rand（）函数，返回桶的序号，再用map2查找第二个参数value即map1的key值
void Pool::getRandom()
{
srand((unsigned)time(NULL));
int num = rand() % size; //0 到 size-1
cout<<valuekeyMap.find(num)->second;
}
4.完整代码
#include