力扣刷题——LRU缓存机制

1.146. LRU 缓存机制

146. LRU 缓存机制
问题：运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制 。
实现 LRUCache 类：

• 1.LRUCache(int capacity) 以正整数作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
• 2.int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
• 3.void put(int key, int value) 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「关键字-值」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。
• 进阶：你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？
  

1.解题思路（HashMap+双向链表）

• 1.按题目2、3条要求，说明需要使用到hashmap数据结构；
• 2.某个数据如果被get、put方法调用后，那他就是最近最多使用的数据，按优先级应该排在最前边；可以考虑链表的头插法数据结构特点；
• 3.由1、2分析可知，需要使用到hashmap、链表这两种数据结构，其中hashmap用来检测key是否存在，进行get查询，put放入、覆盖等操作；链表的头插法用来维护数据的优先级问题；
• 4.对该链表来说，节点必须十分方便的从某位置删除掉，然后移植到链表头部；当超出容量限制后，链表最后的尾节点就需要被直接删除掉；

class LRUCache {
     
	0.属性准备
    private HashMap<Integer,ListNode> map = new HashMap<>();
    private int size;     标记此时map已经存了多少个
    private int capacity; 初始化设定的容量限制
    private ListNode Head;伪头节点
    private ListNode Tail;伪尾节点
    1.建立双向链表类
    public class ListNode{
     
        int key;
        int val;
        ListNode pre;
        ListNode next;
        public ListNode(){
     }
        public ListNode(int key,int val){
     
            this.key = key;
            this.val = val;
        }
    }
    1.删除节点
    public void deleteNode(ListNode node){
     
        node.pre.next = node.next;
        node.next.pre = node.pre;

    }
    2.把“新节点”添加到链表头部，注意与3中旧节点移动到链表头部的区别
    public void addHead(ListNode newHead){
     
        上边这种是对的
        newHead.pre = Head;
        newHead.next = Head.next;
        Head.next.pre = newHead;
        Head.next = newHead;
    }
    3.每次get、put后，把旧节点移动到链表头部
    public void moveToHead(ListNode node){
     
        1.先把节点从原来链表的位置删除
        deleteNode(node);
        2.再把它添加到链表头部；（其实是伪头节点的后边）
        addHead(node);
    }
    4.当容量超出时，删除尾部节点
    public ListNode removeTail(){
     
        ListNode res = Tail.pre;
        deleteNode(res);
        return res;
    }  
*****************************************
    1.初始化
    public LRUCache(int capacity) {
     

        this.capacity=capacity;
        this.size = 0;
        建立伪 头、尾节点
        Head = new ListNode();
        Tail = new ListNode();
        Head.next = Tail;
        Tail.pre  = Head;
    }
    public int get(int key) {
     
        ListNode node = map.get(key);
        if (node==null) return -1;
        如果key存在
        先把node移动到链表头部
        moveToHead(node);
        return node.val;
    }
    public void put(int key, int value) {
     
        ListNode node = map.get(key);
        1.如果节点不存在
        if (node==null){
     
            1.新建节点，
            ListNode newNode = new ListNode(key,value);
            2.添加进map
            map.put(key,newNode);
            3.添加到链表头
            addHead(newNode);
            ++size;
            当map的size>容量时
            if (size>capacity){
     
                1.从链表删除尾节点
                ListNode tail = removeTail();
                2.从map删除尾节点
                map.remove(tail.key);
                --size;
            }
        }
        2.如果map存在key
        else {
     
            node.val=value;
            移动到链表头
            moveToHead(node);
        }
    }
}

2.需要注意的点

1.向2个节点中间插入新节点

• 1.向2个节点中间插入新节点的顺序，要在旧节点的pre、next失效前，把它们使用起来
  正确：

1.newNode.pre = Head;
2.newNode.next = Head.next;
3.Head.next.pre = newNode;
4.Head.next = newNode;

正确：

1.Head.next.pre = newHead;
2.newHead.next = Head.next;
3.newHead.pre = Head;
4.Head.next = newHead;

2.移动到头节点的2种情况

• 2.1.新节点插入后，添加到链表头节点

    1.把新节点添加到链表头部（其实是伪头节点的后边）
    public void addHead(ListNode newHead){
     
       Head.next.pre = newHead;
       newHead.next = Head.next;
       newHead.pre = Head;
       Head.next = newHead;
    }

• 2.2.旧节点被put、get调用后，移动到头节点

	每次get、put后，更新节点在链表中的位置
    public void moveToHead(ListNode node){
     
        1.先把节点从原来链表的位置删除
        deleteNode(node);
        2.再把它添加到链表头部；（其实是伪头节点的后边）
        addHead(node);
    }

3.put、get方法使用时，内部先从HashMap中取出key对应的ListNode节点

• get

public int get(int key) {
     
		0.先从HashMap中取出key对应的ListNode节点
        ListNode node = map.get(key);
        if (node==null) return -1;
        如果key存在
        先把node移动到链表头部
        moveToHead(node);
        return node.val;
    }

• put

public void put(int key, int value) {
     
		0.先从HashMap中取出key对应的ListNode节点
        ListNode node = map.get(key);
        1.如果节点不存在
        if (node==null){
     
            1.新建节点，
            ListNode newNode = new ListNode(key,value);
            2.添加进map
            map.put(key,newNode);
            3.添加到链表头
            addHead(newNode);
            ++size;
            当map的size>容量时
            if (size>capacity){
     
                1.从链表删除尾节点
                ListNode tail = removeTail();
                2.从map删除尾节点
                map.remove(tail.key);
                --size;
            }
        }
        2.如果map存在key
        else {
     
            node.val=value;
            移动到链表头
            moveToHead(node);
        }
    }