Leetcode 中等：146. LRU缓存机制

题目：LRU缓存机制

• 题号：146
• 难度：中等
• https://leetcode-cn.com/problems/lru-cache/

请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

实现 LRUCache 类：

• LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存。
• int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
• void put(int key, int value)如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例:

输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1);    // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3);    // 返回 3
lRUCache.get(4);    // 返回 4

提示：

• 1 <= capacity <= 3000
• 0 <= key <= 10000
• $0<=value<=10^5$

最多调用 $2\ast 10^5$ 次 get 和 put。

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实现

计算机的缓存容量有限，如果缓存满了就要删除一些内容，给新内容腾位置。但问题是，删除哪些内容呢？我们肯定希望删掉哪些没什么用的缓存，而把有用的数据继续留在缓存里，方便之后继续使用。那么，什么样的数据，我们判定为「有用的」的数据呢？

LRU 缓存淘汰算法就是一种常用策略。LRU 的全称是 Least Recently Used，也就是说我们认为最近使用过的数据应该是是「有用的」，很久都没用过的数据应该是无用的，内存满了就优先删那些很久没用过的数据。

第一种：利用单链表的方式：

public class LRUCache
{
    private readonly int _length;
    private readonly List<KeyValuePair<int, int>> _lst;

    public LRUCache(int capacity)
    {
        _length = capacity;
        _lst = new List<KeyValuePair<int, int>>();
    }

    private int GetIndex(int key)
    {
        for (int i=0,len=_lst.Count;i<len;i++)
        {
            if (_lst[i].Key == key)
            {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    public int Get(int key)
    {
        int index = GetIndex(key);
        if (index!=-1)
        {
            int val = _lst[index].Value;
            _lst.RemoveAt(index);
            _lst.Add(new KeyValuePair<int, int>(key, val));
            return val;
        }
        return -1;
    }

    public void Put(int key, int value)
    {
        int index = GetIndex(key);
        if (index!=-1)
        {
            _lst.RemoveAt(index);
        }
        else if (_lst.Count == _length)
        {
            _lst.RemoveAt(0);
        }
        _lst.Add(new KeyValuePair<int, int>(key, value));
    }
}

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

第二种：利用 字典 + 列表 的方式：

把字典当作一个存储容器，由于字典是无序的，即 dict 内部存放的顺序和 key 放入的顺序是没有关系的，所以需要一个 list 来辅助排序。

C# 语言

public class LRUCache
{
    private readonly List<int> _keys;
    private readonly Dictionary<int, int> _dict;

    public LRUCache(int capacity)
    {
        _keys = new List<int>(capacity);
        _dict = new Dictionary<int, int>(capacity);
    }

    public int Get(int key)
    {
        if (_dict.ContainsKey(key))
        {
            _keys.Remove(key);
            _keys.Add(key);
            return _dict[key];
        }
        return -1;
    }

    public void Put(int key, int value)
    {
        if (_dict.ContainsKey(key))
        {
            _dict.Remove(key);
            _keys.Remove(key);
        }
        else if (_keys.Count == _keys.Capacity)
        {
            _dict.Remove(_keys[0]);
            _keys.RemoveAt(0);
        }
        _keys.Add(key);
        _dict.Add(key, value);
    }
}

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

Python 语言

class LRUCache(object):
    def __init__(self, capacity):
        """
        :type capacity: int
        """
        self._capacity = capacity
        self._dict = dict()
        self._keys = list()

    def get(self, key):
        """
        :type key: int
        :rtype: int
        """
        if key in self._dict:
            self._keys.remove(key)
            self._keys.append(key)
            return self._dict[key]
        return -1

    def put(self, key, value):
        """
        :type key: int
        :type value: int
        :rtype: None
        """
        if key in self._dict:
            self._dict.pop(key)
            self._keys.remove(key)
        elif len(self._keys) == self._capacity:
            self._dict.pop(self._keys[0])
            self._keys.remove(self._keys[0])
        self._keys.append(key)
        self._dict[key] = value


# Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
# obj = LRUCache(capacity)
# param_1 = obj.get(key)
# obj.put(key,value)