【LeetCode】380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

今天看面经看到今年字节有个面试题也利库380类似，是个中等题，但是也挺有意思的。

一.题目

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]

二.分析

对于动态数组vector，O(1)时间获取随机元素较为容易，用随机数对数组大小取模获得随机下标再返回相应元素即可。

但是插入和删除做不到O(1)，因为题中要求先查看元素是否存在，给一个元素值而不是下标，在vector上查找，是达不到O(1)的，只能是O(N)，所以得用哈希表——由查找O(1)就得首先想到哈希表，而unordered_set不行，所以就只能是用unordered_maptable;而且该哈希表的key对应vector的元素值，value对应vector的下标。

这样输入待插入值再查找存不存在与vector中时就是O(1)了——当然STL里实现哈希表的方式就是vector和Linked-list链表，但是有哈希函数做映射，查询时间复杂度为O(1)

删除的话就是将待删除元素在哈希表里找到其下标，就能删除，对于动态数组来说，我们交换该元素和数组末尾元素，然后pop_back()，该操作的时间复杂度是 O(1)，且可以保证在删除操作之后动态数组中的所有元素的下标都连续，方便插入操作和获取随机元素操作。

如下图，在哈希表找到需要删除元素的下标为i，再在vector中把对应元素和末尾元素进行互换，然后pop_back()。

但实际操作时并不需要交换，把i处的元素改为末尾元素值，再把末尾元素删了，就相当于删掉了i处的值

三.完整代码

完整代码及注释如下：

class RandomizedSet {
private:
    unordered_map<int,int>table;
    vector<int>nums;

public:
    RandomizedSet() {
        srand(unsigned(time(nullptr)));//设置随机种子,不写也能过反正只调用了一次rand()，所以构造函数可以为空

    }
    //插入元素val
    bool insert(int val) {
        auto it = table.find(val);//这个是O（1）的
        if(it != table.end()) return false;//根据题意val存在就返回false
        nums.push_back(val);//直接尾部插入，O(1)
        table[val] = nums.size() - 1;//哈希表的key-value要对应vector的值和下标
        return true;
    }
    //移除元素val
    bool remove(int val) {
        auto it = table.find(val);
        if(it == table.end()) return false;//跟插入时不一样，存在val才能删除，不存在返回false

        int index = table[val];
        nums[index] = nums[nums.size() - 1];
        nums.pop_back();

        //vector中删完了，哈希表里也得删，而且vector原下标处元素被改为了末尾元素，哈希表中也得更新末尾元素的下标
        //以原末尾元素为key的value改为val的下标
        table[nums[index]] = index;
        table.erase(val);
        return true;
    }
    
    int getRandom() {
        //随机数对数组长度取模，则会得到0~n-1的整数，其中n为数组长度，这些作为下标访问数组即可
        int i = rand() % nums.size();
        return nums[i];
    }
};