【面试经典150题】 O(1) 时间插入、删除和获取随机元素 JavaScript

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实现RandomizedSet 类：

• RandomizedSet() 初始化 RandomizedSet 对象
• bool insert(int val) 当元素 val 不存在时，向集合中插入该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
• bool remove(int val) 当元素 val 存在时，从集合中移除该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
• int getRandom() 随机返回现有集合中的一项（测试用例保证调用此方法时集合中至少存在一个元素）。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

你必须实现类的所有函数，并满足每个函数的 平均 时间复杂度为 O(1) 。

• $-2^{3}1$ <= val <= $2^{3}1-1$
• 最多调用 insert、remove 和 getRandom 函数 $2\ast 10^5$ 次
• 在调用 getRandom 方法时，数据结构中 至少存在一个 元素。

---

var RandomizedSet = function () {

};

/**
 * @param {number} val
 * @return {boolean}
 */
RandomizedSet.prototype.insert = function (val) {

};

/**
 * @param {number} val
 * @return {boolean}
 */
RandomizedSet.prototype.remove = function (val) {

};

/**
 * @return {number}
 */
RandomizedSet.prototype.getRandom = function () {

};

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

要求是对集合中元素的插入、删除、随机获取的操作都是 O(1) 时间复杂度。考虑使用数组、Map、Set。

方法1：数组结合Map

数组的 push、pop都是 O(1) 时间复杂度，但数组根据索引获取值，所以使用 Map 存储 value-index 的键值对。

这样，就能使用 Map 检查元素是否存在。

删除时，如果元素存在，获取它的下标，用数组最后一个元素替换它，然后使用 pop 删除最后一个元素，相当于删除了它，更新 Map。

插入时，如果元素不存在，更新数组和 Map。

获取随机值时，使用 Math.random 产生随机下标。

var RandomizedSet = function () {
    // 数组
    this.values = [];
    // 值到索引的 Map 映射
    this.valueToIndex = new Map();
};

/**
 * @param {number} val
 * @return {boolean}
 */
RandomizedSet.prototype.insert = function (val) {
    if (this.valueToIndex.has(val)) {
        return false;
    }
    this.values.push(val);
    this.valueToIndex.set(val, this.values.length - 1);
    return true;
};

/**
 * @param {number} val
 * @return {boolean}
 */
RandomizedSet.prototype.remove = function (val) {
    if (!this.valueToIndex.has(val)) {
        return false;
    }
    let index = this.valueToIndex.get(val);
    let last = this.values[this.values.length - 1];
    this.values[index] = last;
    this.valueToIndex.set(last, index);
    this.values.pop();
    this.valueToIndex.delete(val);
    return true;
};

/**
 * @return {number}
 */
RandomizedSet.prototype.getRandom = function () {
    const randomIndex = Math.floor(Math.random() * this.values.length);
    return this.values[randomIndex];
};

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

---

方法2：使用 set

set 的 add 和 delete 方法都很方便。

唯独获取随机值这个需要考虑。

我们可以使用 Array.from() 将 set 转为数组。

var RandomizedSet = function () {
    this.set = new Set();
};

/**
 * @param {number} val
 * @return {boolean}
 */
RandomizedSet.prototype.insert = function (val) {
    if (this.set.has(val)) {
        return false;
    }
    this.set.add(val);
    return true;
};

/**
 * @param {number} val
 * @return {boolean}
 */
RandomizedSet.prototype.remove = function (val) {
    if (!this.set.has(val)) {
        return false;
    }
    
    this.set.delete(val);

    return true;
};

/**
 * @return {number}
 */
RandomizedSet.prototype.getRandom = function () {
    const values = Array.from(this.set);
    const randomIndex = Math.floor(Math.random() * values.length);
    return values[randomIndex];
};

使用 set 的迭代器：

RandomizedSet.prototype.getRandom = function() {
  const values = Array.from(this.set);
  const randomIndex = Math.floor(Math.random() * this.set.size);
  const iterator = this.set.values();
  for (let i = 0; i < randomIndex; i++) {
    iterator.next();
  }
  return iterator.next().value;
};