LeetCode刷题日记2022-4-13/380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素-哈希表&列表-优快云博客

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本文介绍了如何设计一个数据结构，它能在O(1)时间复杂度内完成插入、删除和随机获取元素的操作。通过结合哈希表和列表的优点，实现了RandomizedSet类。哈希表用于快速查找元素，列表用于随机访问。在删除元素时，用列表末尾的元素替换要删除的元素，然后更新哈希表。这样，所有操作都能在平均O(1)的时间内完成。

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@[toc](380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素)

题目描述

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：

-231 <= val <= 231 - 1
最多调用 insert、remove 和 getRandom 函数 2 * 105 次
在调用 getRandom 方法时，数据结构中至少存在一个元素。

题解思路

哈希表对元素插入删除可以达到o（1）但是无法在o（1）的时间内随机返回元素
列表可以在o（1）的时间返回随机元素，但是无法在o（1）的时间判断元素是否存在因此无法完成删除插入操作

因此我们结合哈希表跟列表来设计我们的数据结构

插入
- 如果值不存在在哈希表中
- 我们将值插入到数组中
- 同时将数组下标跟值插入到哈希表中
删除
- 在哈希表中找到值及其对应的下标
- 在数组中将对应下标处的值改为数组中最后一个元素的值
- 在字典中将该值对应的下标也进行修改

题解代码

class RandomizedSet:

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.l=[]
        self.d={}

    def insert(self, val: int) -> bool:
        """
        Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element.
        """
        if val in self.d:
            return False
        self.d[val]=len(self.l)
        self.l.append(val)
        return True
        

    def remove(self, val: int) -> bool:
        """
        Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element.
        """
        if val not in self.d:
            return False
        ind=self.d[val]
        self.l[ind]=self.l[-1]
        self.d[self.l[ind]]=ind
        self.l.pop()
        del self.d[val]
        return True        

    def getRandom(self) -> int:
        """
        Get a random element from the set.
        """
        return choice(self.l)