O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

hello 大家好！今天开写一个新章节，每一天一道算法题。让我们一起来学习算法思维吧！

为了实现 RandomizedSet 类，并且保证每个函数的平均时间复杂度为0(1) ，我们可以结合使用数组和哈希表。数组用于存储集合中的元素，哈希表用于记录每个元素在数组中的索引位置。这样在插入、删除和随机获取元素时都能高效地完成操作。
以下是实现代码及详细注释：

class RandomizedSet {
    constructor() {
        // 用于存储集合中的元素
        this.nums = [];
        // 用于记录每个元素在数组中的索引位置
        this.valToIndex = new Map();
    }

    /**
     * 向集合中插入元素
     * @param {number} val - 要插入的元素
     * @return {boolean} - 如果元素不存在并成功插入返回 true，否则返回 false
     */
    insert(val) {
        // 检查元素是否已经存在于集合中
        if (this.valToIndex.has(val)) {
            return false;
        }
        // 将元素添加到数组末尾
        this.nums.push(val);
        // 记录元素在数组中的索引
        this.valToIndex.set(val, this.nums.length - 1);
        return true;
    }

    /**
     * 从集合中移除元素
     * @param {number} val - 要移除的元素
     * @return {boolean} - 如果元素存在并成功移除返回 true，否则返回 false
     */
    remove(val) {
        // 检查元素是否存在于集合中
        if (!this.valToIndex.has(val)) {
            return false;
        }
        // 获取要移除元素的索引
        const index = this.valToIndex.get(val);
        // 获取数组的最后一个元素
        const lastVal = this.nums[this.nums.length - 1];
        // 将最后一个元素移动到要移除元素的位置
        this.nums[index] = lastVal;
        // 更新最后一个元素在哈希表中的索引
        this.valToIndex.set(lastVal, index);
        // 移除数组的最后一个元素
        this.nums.pop();
        // 从哈希表中删除要移除元素的记录
        this.valToIndex.delete(val);
        return true;
    }

    /**
     * 随机返回集合中的一个元素
     * @return {number} - 随机返回的元素
     */
    getRandom() {
        // 生成一个 0 到数组长度减 1 之间的随机索引
        const randomIndex = Math.floor(Math.random() * this.nums.length);
        // 返回该索引对应的元素
        return this.nums[randomIndex];
    }
}

代码解释：

构造函数 constructor()：
this.nums：一个数组，用于存储集合中的元素。
this.valToIndex：一个 Map 对象，用于记录每个元素在数组中的索引位置，键为元素值，值为该元素在数组中的索引。
插入方法 insert(val)：
首先检查 valToIndex 中是否已经存在该元素，如果存在则返回 false。
若不存在，将元素添加到 nums 数组的末尾，并将该元素及其在数组中的索引记录到 valToIndex 中，最后返回 true。
移除方法 remove(val)：
先检查 valToIndex 中是否存在该元素，若不存在则返回 false。
若存在，获取该元素在数组中的索引 index，同时获取数组的最后一个元素 lastVal。
将 lastVal 移动到 index 位置，并更新 lastVal 在 valToIndex 中的索引。
移除 nums 数组的最后一个元素，并从 valToIndex 中删除要移除元素的记录，最后返回 true。
随机获取元素方法 getRandom()：
使用 Math.random() 生成一个 0 到 1 之间的随机数，乘以数组的长度并向下取整，得到一个随机索引 randomIndex。
返回 nums 数组中 randomIndex 位置的元素。