【题目】460. LFU缓存
请你为 最不经常使用(LFU)缓存算法设计并实现数据结构。它应该支持以下操作:get 和 put。
get(key) - 如果键存在于缓存中,则获取键的值(总是正数),否则返回 -1。
put(key, value) - 如果键不存在,请设置或插入值。当缓存达到其容量时,则应该在插入新项之前,使最不经常使用的项无效。在此问题中,当存在平局(即两个或更多个键具有相同使用频率)时,应该去除 最近 最少使用的键。
「项的使用次数」就是自插入该项以来对其调用 get 和 put 函数的次数之和。使用次数会在对应项被移除后置为 0 。
进阶:
你是否可以在 O(1) 时间复杂度内执行两项操作?
示例:
LFUCache cache = new LFUCache( 2 /* capacity (缓存容量) */ );
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // 返回 1
cache.put(3, 3); // 去除 key 2
cache.get(2); // 返回 -1 (未找到key 2)
cache.get(3); // 返回 3
cache.put(4, 4); // 去除 key 1
cache.get(1); // 返回 -1 (未找到 key 1)
cache.get(3); // 返回 3
cache.get(4); // 返回 4
【解题思路1】双向链表直接使用LinkedHashSet
class LFUCache {
Map<Integer, Node> cache; // 存储缓存的内容
Map<Integer, LinkedHashSet<Node>> freqMap; // 存储每个频次对应的双向链表
int size;
int capacity;
int min; // 存储当前最小频次
public LFUCache(int capacity) {
cache = new HashMap<> (capacity);
freqMap = new HashMap<>();
this.capacity = capacity;
}
public int get(int key) {
Node node = cache.get(key);
if (node == null) {
return -1;
}
freqInc(node);
return node.value;
}
public void put(int key, int value) {
if (capacity == 0) {
return;
}
Node node = cache.get(key);
if (node != null) {
node.value = value;
freqInc(node);
} else {
if (size == capacity) {
Node deadNode = removeNode();
cache.remove(deadNode.key);
size--;
}
Node newNode = new Node(key, value);
cache.put(key, newNode);
addNode(newNode);
size++;
}
}
void freqInc(Node node) {
// 从原freq对应的链表里移除, 并更新min
int freq = node.freq;
LinkedHashSet<Node> set = freqMap.get(freq);
set.remove(node);
if (freq == min && set.size() == 0) {
min = freq + 1;
}
// 加入新freq对应的链表
node.freq++;
LinkedHashSet<Node> newSet = freqMap.get(freq + 1);
if (newSet == null) {
newSet = new LinkedHashSet<>();
freqMap.put(freq + 1, newSet);
}
newSet.add(node);
}
void addNode(Node node) {
LinkedHashSet<Node> set = freqMap.get(1);
if (set == null) {
set = new LinkedHashSet<>();
freqMap.put(1, set);
}
set.add(node);
min = 1;
}
Node removeNode() {
LinkedHashSet<Node> set = freqMap.get(min);
Node deadNode = set.iterator().next();
set.remove(deadNode);
return deadNode;
}
}
class Node {
int key;
int value;
int freq = 1;
public Node() {}
public Node(int key, int value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
}
【解题思路2】