leetcode146.LRU缓存机制

1.题目描述

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个  LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果密钥不存在，则写入其数据值。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

进阶:

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

示例:

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1);       // 返回  1
cache.put(3, 3);    // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);    // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3);       // 返回  3
cache.get(4);       // 返回  4

2.解题思路

方法一：有一种叫做有序字典的数据结构，综合了哈希表和链表，在 Python 中为 OrderedDict

方法二：

3.代码实现

from collections import OrderedDict
class LRUCache(object):

    def __init__(self, capacity):
        """
        :type capacity: int
        """
        self.dict = collections.OrderedDict()
        self.capacity=capacity
        
        
        

    def get(self, key):
        """
        :type key: int
        :rtype: int
        """
        if key not in self.dict.keys():
            return -1
        else:
            self.dict.move_to_end(key)
            return self.dict[key]
            
        
    def put(self, key, value):
        """
        :type key: int
        :type value: int
        :rtype: None
        """
        if key in self.dict.keys():
            self.dict[key]=value
            self.dict.move_to_end(key)
        else:
            if len(self.dict)==self.capacity:
                # last = False,先进先出
                self.dict.popitem(last=False)
            self.dict[key]=value
            

class ListNode:
    def __init__(self, key=None, value=None):
        self.key = key
        self.value = value
        self.prev = None
        self.next = None


class LRUCache:
    def __init__(self, capacity: int):
        self.capacity = capacity
        self.hashmap = {}
        # 新建两个节点 head 和 tail
        self.head = ListNode()
        self.tail = ListNode()
        # 初始化链表为 head <-> tail
        self.head.next = self.tail
        self.tail.prev = self.head
    # 如果用单链表的话是找不到前一个节点的
    # 因为get与put操作都可能需要将双向链表中的某个节点移到末尾，所以定义一个方法
    def move_node_to_tail(self, key):
            # 先将哈希表key指向的节点拎出来，为了简洁起名node
            #      hashmap[key]                               hashmap[key]
            #           |                                          |
            #           V              -->                         V
            # prev <-> node <-> next         pre <-> next   ...   node
            node = self.hashmap[key]
            node.prev.next = node.next
            node.next.prev = node.prev
            # 之后将node插入到尾节点前
            #                 hashmap[key]                 hashmap[key]
            #                      |                            |
            #                      V        -->                 V
            # prev <-> tail  ...  node                prev <-> node <-> tail
            node.prev = self.tail.prev
            node.next = self.tail
            self.tail.prev.next = node
            self.tail.prev = node

    def get(self, key: int) -> int:
        if key in self.hashmap:
            # 如果已经在链表中了久把它移到末尾（变成最新访问的）
            self.move_node_to_tail(key)
        res = self.hashmap.get(key, -1)
        if res == -1:
            return res
        else:
            return res.value

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        if key in self.hashmap:
            # 如果key本身已经在哈希表中了就不需要在链表中加入新的节点
            # 但是需要更新字典该值对应节点的value
            self.hashmap[key].value = value
            # 之后将该节点移到末尾
            self.move_node_to_tail(key)
        else:
            if len(self.hashmap) == self.capacity:
                # 去掉哈希表对应项
                self.hashmap.pop(self.head.next.key)
                # 去掉最久没有被访问过的节点，即头节点之后的节点
                self.head.next = self.head.next.next
                self.head.next.prev = self.head
            # 如果不在的话就插入到尾节点前
            new = ListNode(key, value)
            self.hashmap[key] = new
            new.prev = self.tail.prev
            new.next = self.tail
            self.tail.prev.next = new
            self.tail.prev = new