[leetcode]LRU Cache 值得思考的一道题

最新推荐文章于 2025-09-12 17:31:31 发布

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原文链接：https://my.oschina.net/zhaomengit/blog/311858

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#数据结构与算法 #python #操作系统

本文深入探讨了LRU（Least Recently Used）算法的核心思想及其在设计LRUCache时的应用。通过实例代码解释了如何使用哈希表和双向链表实现LRUCache，确保在有限内存空间下高效地更新和访问数据。同时，文章还提供了一个优化的单链表删除节点方法，以提高操作效率。

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题目链接
https://oj.leetcode.com/problems/lru-cache/

题目让设计一个LRUCache，即根据LRU算法设计一个缓存。

在这之前需要弄清楚LRU算法的核心思想，LRU全称是LeastRecentlyUsed，即最近最久未使用的意思。

在操作系统的内存管理中，有一类很重要的算法就是内存页面置换算法（包括FIFO，LRU,LFU等几种常见页面置换算法）。

事实上，Cache算法和内存页面置换算法的核心思想是一样的：都是在给定一个限定大小的空间的前提下，

设计一个原则如何来更新和访问其中的元素。下面说一下LRU算法的核心思想，

LRU算法的设计原则是：如果一个数据在最近一段时间没有被访问到，那么在将来它被访问的可能性也很小。

也就是说，当限定的空间已存满数据时，应当把最久没有被访问到的数据淘汰。

1.注意点有两个：用什么结构去存储

2.查找，删除时间问题。

下面是AC的代码。

存储用的是map结构，便于查找，如果使用hash_map会更快些，但是测试编译不通过。

主键key，只是list双向链表的一个iterator,关于双链表，有个能在O(1)的复杂度度内删除节点的文章，讲的很详细。

class LRUCache{
public:
    LRUCache(int capacity) {
        this->capacity = capacity;
    }

    int get(int key) {
        int reVal = -1;
        map<int,list< pair<int,int> >::iterator>::iterator it = m_map.find(key);
        // 如果找到，就把这个键值移动到最前面，并返回
        if(it != m_map.end())
        {
            reVal = (it->second)->second;
            m_list.erase(it->second);
            m_list.push_front(*(it->second));
            m_map[it->first] = m_list.begin();
        }
        return reVal;
    }

    void set(int key, int value) {
        map<int,list< pair<int,int> >::iterator>::iterator it = m_map.find(key);
        if(it != m_map.end())
        {
            m_list.erase(it->second);
            m_map.erase(it->first);
            pair<int, int> temp = make_pair(key, value);
            m_list.push_front(temp);
            m_map[key] = m_list.begin();
        }
        else
        {
            if(capacity > m_list.size())
            {
                pair<int, int> temp = make_pair(key, value);
                m_list.push_front(temp);
                m_map[key] = m_list.begin();
            }
            else
            {
                pair<int, int> temp = m_list.back();
                m_list.pop_back();
                m_map.erase(temp.first);
    
                temp = make_pair(key, value);
                m_list.push_front(temp);
                m_map[key] = m_list.begin();
            }
        }
    }

    unsigned capacity;
    map<int,list< pair<int,int> >::iterator> m_map;        //对应的map
    list< pair<int,int> > m_list;   //对应的list

};

转载：

在O(1)时间删除链表结点

http://www.cnblogs.com/xwdreamer/archive/2012/04/26/2472102.html

给定链表的头指针和一个结点指针，在O(1)时间删除该结点。链表结点的定义如下：

struct ListNode
{
    int m_nValue;
    ListNode* m_pNext;
};

void DeleteNode(ListNode** pListHead,ListNode* pToBeDeleted);

删除结点的操作我们经常碰到，比如一个链表A->B->C->D->E->F->G。如果我们要删除结点E，

那么我们只需要让结点D的指针指向结点F即可，但是我们现在只给出链表头结点的指针以及结点E的指针，

而又是单项链表，不能在O(1)时间内得到被删除结点前面的那一个结点的指针，

所以我们原先的方法是不能在O(1)时间内删除结点E的。

那么既然我们不能获得被删除结点的前一个结点的指针，我们就需要转变思路来考虑是否能够用过被删除

结点后一个结点的指针来解决方法。因此被删除结点E的后一个结点指针是很容易得到的，也就是E->m_pNext。

那么我们可能会想到如下方法：获得F的指针，将F的数据赋值给E，然后让E指向F的下一个结点。

这里虽然删除的是结点F，但是相当于删除的是结点E。并且是O(1)时间复杂度。下面给出代码实例：

#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<stack>
using namespace std;

//链表结构
struct ListNode
{
    int m_nValue;
    ListNode* m_pNext;
};

//创建一个链表结点
ListNode* CreateListNode(int value)
{
    ListNode *pNode=new ListNode();
    pNode->m_nValue=value;
    pNode->m_pNext=NULL;
    return pNode;

}


//遍历链表中的所有结点
void PrintList(ListNode* pHead)
{
    ListNode *pNode=pHead;
    while(pNode!=NULL)
    {
        cout<<pNode->m_nValue<<" ";
        pNode=pNode->m_pNext;
    }
    cout<<endl;
}

void ConnectListNode(ListNode* pCurrent,ListNode* pNext)//连接两个结点
{
    if(pCurrent==NULL)
    {
        cout<<"前一个结点不能为空"<<endl;
        exit(1);
    }
    else
    {
        pCurrent->m_pNext=pNext;
    }
}

void DeleteNode(ListNode** pListHead,ListNode* pToBeDeleted)
{
    if(pToBeDeleted->m_pNext!=NULL)//如果要删除结点后面还有结点
    {
        ListNode* pNext=pToBeDeleted->m_pNext;
        pToBeDeleted->m_nValue=pNext->m_nValue;
        pToBeDeleted->m_pNext=pNext->m_pNext;
        delete pNext;
        pNext=NULL;
    }
    else if(*pListHead==pToBeDeleted)//如果链表只有一个结点
    {
        delete pToBeDeleted;
        pToBeDeleted=NULL;
        *pListHead=NULL;
    }
    else//如果链表有多个结点，且删除最后一个结点，那么只能遍历链表
    {
        ListNode *pNode=*pListHead;
        while(pNode->m_pNext!=pToBeDeleted)
            pNode=pNode->m_pNext;
        pNode->m_pNext=NULL;
        delete pToBeDeleted;
        pToBeDeleted=NULL;
    }
}

void main()
{
    //创建结点
    ListNode* pNode1=CreateListNode(1);//创建一个结点
    ListNode* pNode2=CreateListNode(2);//创建一个结点
    ListNode* pNode3=CreateListNode(3);//创建一个结点
    ListNode* pNode4=CreateListNode(4);//创建一个结点
    ListNode* pNode5=CreateListNode(5);//创建一个结点
    ListNode* pNode6=CreateListNode(6);//创建一个结点
    ListNode* pNode7=CreateListNode(7);//创建一个结点
    //连接结点
    ConnectListNode(pNode1,pNode2);//连接两个结点
    ConnectListNode(pNode2,pNode3);//连接两个结点
    ConnectListNode(pNode3,pNode4);//连接两个结点
    ConnectListNode(pNode4,pNode5);//连接两个结点
    ConnectListNode(pNode5,pNode6);//连接两个结点
    ConnectListNode(pNode6,pNode7);//连接两个结点
    //打印链表
    PrintList(pNode1);//打印
    //删除结点
    DeleteNode(&pNode1,pNode3);
    //打印链表
    PrintList(pNode1);//打印

    system("pause");

}

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