JAVA练习246-O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

题目概述

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) 。

示例：

输入
["RandomizedSet", "insert", "remove", "insert", "getRandom", "remove", "insert", "getRandom"]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出
[null, true, false, true, 2, true, false, 2]

解释
RandomizedSet randomizedSet = new RandomizedSet();
randomizedSet.insert(1); // 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomizedSet.remove(2); // 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomizedSet.insert(2); // 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomizedSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomizedSet.remove(1); // 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomizedSet.insert(2); // 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomizedSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。

提示：

• -2^31 <= val <= 2^31 - 1
• 最多调用 insert、remove 和 getRandom 函数 2 * 10^5 次
• 在调用 getRandom 方法时，数据结构中 至少存在一个 元素。

题目来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/insert-delete-getrandom-o1

解题分析

方法：哈希表+数组

插入和删除方法利用集合的特性即可，关键在于如何随机返回一个数。我们可以创建一个数组实现伪随机，在利用一个哈希表来存储插入的元素的索引，再定义一个索引：

• 当进行插入时，就将插入的值作为键，当前索引作为值插入到哈希表中，然后数组对应索引处也赋为该值，索引加1。
• 当进行删除时，获取哈希表中对应的索引，将该值的键值对删除，然后我们将数组对应索引处的数字替换为数组最后一个数字（索引处数字不为最后一个数字），索引减1。

时间复杂度：O(1)
空间复杂度：O(n)  

class RandomizedSet {

    // 创建哈希表记录新元素和对应索引
    HashMap map;
    // 创建数组进行随机
    int[] arrays;
    // 当前索引位置
    int index;
    // 随机
    Random random;

    public RandomizedSet() {
        map = new HashMap<>();
        arrays = new int[200000];
        index = 0;
        random = new Random();
    }
    
    public boolean insert(int val) {
        // 索引存在
        if(map.containsKey(val)){
            return false;
        }
        // 不存在
        // 给数组尾部赋值
        arrays[index] = val;
        // 添加值和索引
        map.put(val, index++);
        return true;
    }
    
    public boolean remove(int val) {
        // 获取索引
        int temp = map.getOrDefault(val, -1);
        // 不存在
        if(temp == -1){
            return false;
        }
        // 存在
        // 删除对应值
        map.remove(val);
        // 将对应索引值替换为数组尾部值
        if(arrays[--index] != val){
            map.put(arrays[index], temp);
            arrays[temp] = arrays[index];
        }
        return true;
    }
    
    public int getRandom() {
        return arrays[random.nextInt(index)];
    }
}

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