【坚持每日一题9.9】460. LFU 缓存

请你为 最不经常使用（LFU）缓存算法设计并实现数据结构。

实现 LFUCache 类：

LFUCache(int capacity) - 用数据结构的容量 capacity 初始化对象
int get(int key) - 如果键存在于缓存中，则获取键的值，否则返回 -1。
void put(int key, int value) - 如果键已存在，则变更其值；如果键不存在，请插入键值对。当缓存达到其容量时，则应该在插入新项之前，使最不经常使用的项无效。在此问题中，当存在平局（即两个或更多个键具有相同使用频率）时，应该去除 最近最久未使用 的键。
注意「项的使用次数」就是自插入该项以来对其调用 get 和 put 函数的次数之和。使用次数会在对应项被移除后置为 0 。

为了确定最不常使用的键，可以为缓存中的每个键维护一个 使用计数器 。使用计数最小的键是最久未使用的键。

当一个键首次插入到缓存中时，它的使用计数器被设置为 1 (由于 put 操作)。对缓存中的键执行 get 或 put 操作，使用计数器的值将会递增。

示例：

输入：
[“LFUCache”, “put”, “put”, “get”, “put”, “get”, “get”, “put”, “get”, “get”, “get”]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [3], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出：
[null, null, null, 1, null, -1, 3, null, -1, 3, 4]

解释：
// cnt(x) = 键 x 的使用计数
// cache=[] 将显示最后一次使用的顺序（最左边的元素是最近的）
LFUCache lFUCache = new LFUCache(2);
lFUCache.put(1, 1); // cache=[1,_], cnt(1)=1
lFUCache.put(2, 2); // cache=[2,1], cnt(2)=1, cnt(1)=1
lFUCache.get(1); // 返回 1
// cache=[1,2], cnt(2)=1, cnt(1)=2
lFUCache.put(3, 3); // 去除键 2 ，因为 cnt(2)=1 ，使用计数最小
// cache=[3,1], cnt(3)=1, cnt(1)=2
lFUCache.get(2); // 返回 -1（未找到）
lFUCache.get(3); // 返回 3
// cache=[3,1], cnt(3)=2, cnt(1)=2
lFUCache.put(4, 4); // 去除键 1 ，1 和 3 的 cnt 相同，但 1 最久未使用
// cache=[4,3], cnt(4)=1, cnt(3)=2
lFUCache.get(1); // 返回 -1（未找到）
lFUCache.get(3); // 返回 3
// cache=[3,4], cnt(4)=1, cnt(3)=3
lFUCache.get(4); // 返回 4
// cache=[3,4], cnt(4)=2, cnt(3)=3

提示：

0 <= capacity, key, value <= 10^4
最多调用 10^5 次 get 和 put 方法

java代码：

    int minfreq, capacity;
    Map key_table;
    Map> freq_table;

    public LFUCache(int capacity) {
        this.minfreq = 0;
        this.capacity = capacity;
        key_table = new HashMap();;
        freq_table = new HashMap>();
    }
    
    public int get(int key) {
        if (capacity == 0) {
            return -1;
        }
        if (!key_table.containsKey(key)) {
            return -1;
        }
        Node node = key_table.get(key);
        int val = node.val, freq = node.freq;
        freq_table.get(freq).remove(node);
        // 如果当前链表为空，我们需要在哈希表中删除，且更新minFreq
        if (freq_table.get(freq).size() == 0) {
            freq_table.remove(freq);
            if (minfreq == freq) {
                minfreq += 1;
            }
        }
        // 插入到 freq + 1 中
        LinkedList list = freq_table.getOrDefault(freq + 1, new LinkedList());
        list.offerFirst(new Node(key, val, freq + 1));
        freq_table.put(freq + 1, list);
        key_table.put(key, freq_table.get(freq + 1).peekFirst());
        return val;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        if (capacity == 0) {
            return;
        }
        if (!key_table.containsKey(key)) {
            // 缓存已满，需要进行删除操作
            if (key_table.size() == capacity) {
                // 通过 minFreq 拿到 freq_table[minFreq] 链表的末尾节点
                Node node = freq_table.get(minfreq).peekLast();
                key_table.remove(node.key);
                freq_table.get(minfreq).pollLast();
                if (freq_table.get(minfreq).size() == 0) {
                    freq_table.remove(minfreq);
                }
            }
            LinkedList list = freq_table.getOrDefault(1, new LinkedList());
            list.offerFirst(new Node(key, value, 1));
            freq_table.put(1, list);
            key_table.put(key, freq_table.get(1).peekFirst());
            minfreq = 1;
        } else {
            // 与 get 操作基本一致，除了需要更新缓存的值
            Node node = key_table.get(key);
            int freq = node.freq;
            freq_table.get(freq).remove(node);
            if (freq_table.get(freq).size() == 0) {
                freq_table.remove(freq);
                if (minfreq == freq) {
                    minfreq += 1;
                }
            }
            LinkedList list = freq_table.getOrDefault(freq + 1, new LinkedList());
            list.offerFirst(new Node(key, value, freq + 1));
            freq_table.put(freq + 1, list);
            key_table.put(key, freq_table.get(freq + 1).peekFirst());
        }
    }
}

class Node {
    int key, val, freq;

    Node(int key, int val, int freq) {
        this.key = key;
        this.val = val;
        this.freq = freq;
    }
}

/**
 * Your LFUCache object will be instantiated and called as such:
 * LFUCache obj = new LFUCache(capacity);
 * int param_1 = obj.get(key);
 * obj.put(key,value);
 */