设计LRU缓存结构(Java版)

描述

设计LRU(最近最少使用)缓存结构，该结构在构造时确定大小，假设大小为 k ，并有如下两个功能

1. set(key, value)：将记录(key, value)插入该结构

2. get(key)：返回key对应的value值

提示:

1.某个key的set或get操作一旦发生，认为这个key的记录成了最常使用的，然后都会刷新缓存。

2.当缓存的大小超过k时，移除最不经常使用的记录。

3.输入一个二维数组与k，二维数组每一维有2个或者3个数字，第1个数字为opt，第2，3个数字为key，value

若opt=1，接下来两个整数key, value，表示set(key, value)

若opt=2，接下来一个整数key，表示get(key)，若key未出现过或已被移除，则返回-1

对于每个opt=2，输出一个答案

4.为了方便区分缓存里key与value，下面说明的缓存里key用""号包裹

要求：set和get操作复杂度均为 O(1)O(1)

示例1

输入：

[[1,1,1],[1,2,2],[1,3,2],[2,1],[1,4,4],[2,2]],3

返回值：[1,-1]

说明：

[1,1,1]，第一个1表示opt=1，要set(1,1)，即将(1,1)插入缓存，缓存是{"1"=1}

[1,2,2]，第一个1表示opt=1，要set(2,2)，即将(2,2)插入缓存，缓存是{"1"=1,"2"=2}

[1,3,2]，第一个1表示opt=1，要set(3,2)，即将(3,2)插入缓存，缓存是{"1"=1,"2"=2,"3"=2}

[2,1]，第一个2表示opt=2，要get(1)，返回是[1]，因为get(1)操作，缓存更新，缓存是{"2"=2,"3"=2,"1"=1}

[1,4,4]，第一个1表示opt=1，要set(4,4)，即将(4,4)插入缓存，但是缓存已经达到最大容量3，移除最不经常使用的{"2"=2}，插入{"4"=4}，缓存是{"3"=2,"1"=1,"4"=4}

[2,2]，第一个2表示opt=2，要get(2)，查找不到，返回是[1,-1]

示例2

输入：[[1,1,1],[1,2,2],[2,1],[1,3,3],[2,2],[1,4,4],[2,1],[2,3],[2,4]],2

返回值：[1,-1,-1,3,4]

第一种解法

利用java的LinkHashMap来实现，实现比较简单，代码如下

public static int[] firstLRU (int[][] operators, int k) {
        // write code here
        LinkedHashMap map = new LinkedHashMap<>();
        if(operators == null || operators.length < 1 || k < 1){
            return null;
        }
        List list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < operators.length; i++) {
            if(map.size() > k){
                Integer next = map.keySet().iterator().next();
                map.remove(next);
            }
            int[] arr = operators[i];
            int opt = arr[0];
            int key =  arr[1];
            if(opt == 1){
               int value = arr[2];
               map.put(key,value);
            }else {
                Integer integer = map.get(key);
                if(integer == null){
                    list.add(-1);
                }else {
                    map.remove(key);
                    map.put(key,integer);
                    list.add(integer);
                }
            }
        }
        int[] result = new int[list.size()];
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            result[i] = list.get(i);
        }
        return result;
    }

第二种解法

由于第一种解法，我们使用了java自带的工具类LinkHashMap，第二种解法，我们就利用map + 队列来实现。代码如下

public static int[] secondLRU (int[][] operators, int k) {
    HashMap map = new HashMap<>();
    Queue queue = new LinkedList<>();
    List list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < operators.length; i++) {
        if(queue.size() > k){
            Integer poll = queue.poll();
            map.remove(poll);
        }
        int[] arr = operators[i];
        int opt = arr[0];
        int key = arr[1];
        if(opt == 1){
            int value = arr[2];
            queue.add(key);
            map.put(key,value);
        }else {
            Integer integer = map.get(key);
            if(integer == null){
                list.add(-1);
            }else {
                list.add(integer);
                queue.remove(key);
                queue.add(key);
            }
        }
    }
    int[] result = new int[list.size()];
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        result[i] = list.get(i);
    }
    return result;
}

第三种解法

由于第一种解法，我们使用了java自带的工具类LinkHashMap，第二种解法，我们利用map + 队列来实现，第三种解法，我们利用map+手动实现链表来解决。代码如下

static Node head = null;
static int count = 0;
public static int[] thirdLRU (int[][] operators, int k) {
     if(operators == null || operators.length < 1 || k < 1){
         return null;
     }
     HashMap map = new HashMap<>();
     List list = new ArrayList<>();
     for (int i = 0; i < operators.length; i++) {
         if(count > k){
             int remove = deleteHead();
             map.remove(remove);
         }
         int[] arr = operators[i];
         int opt = arr[0];
         int key = arr[1];
         if(opt == 1){
             int value = arr[2];
             addEnd(key);
             map.put(key,value);
         }else {
             Integer integer = map.get(key);
             if(integer == null){
                 list.add(-1);
             }else {
                 list.add(integer);
                 deleteByNode(key);
                 addEnd(key);
             }
         }
     }
     int[] result = new int[list.size()];
     for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
         result[i] = list.get(i);
     }
     return result;
}


private static void deleteByNode(Integer key){
     Node node = head;
     Node pre = null;
     if(node == null){
         return;
     }
     while (node != null && !node.item.equals(key)){
         pre = node;
         node = node.next;
     }
     if(pre == null){
         head = head.next;
     }else {
         if(node == null){
             return;
         }else {
             pre.next = node.next;
         }
     }
     count--;
}



public static void addEnd(int key){
     Node node = new Node(key);
     Node tem = head;
     count ++;
     if(head == null){
         head = node;
     }else {
         while (true){
             Node n = tem;
             tem = tem.next;
             if(tem == null){
                 n.next = node;
                 break;
             }
         }
     }

}


private static int  deleteHead(){
     if(head == null){
         return -1;
     }
     count --;
     Integer item = head.item;
     head = head.next;
     return item;
}


  static class Node{
     Node next;
     Integer item;
     public Node(Integer item){
         this.item = item;
     }

}