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LeetCode 460. LFU 缓存 -- 哈希查询+双向链表

news 2025/8/3 18:56:47

LFU 缓存
困难
634
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请你为最不经常使用（LFU）缓存算法设计并实现数据结构。

实现 LFUCache 类：

LFUCache(int capacity) - 用数据结构的容量 capacity 初始化对象
int get(int key) - 如果键 key 存在于缓存中，则获取键的值，否则返回 -1 。
void put(int key, int value) - 如果键 key 已存在，则变更其值；如果键不存在，请插入键值对。当缓存达到其容量 capacity 时，则应该在插入新项之前，移除最不经常使用的项。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，应该去除最近最久未使用的键。
为了确定最不常使用的键，可以为缓存中的每个键维护一个使用计数器。使用计数最小的键是最久未使用的键。

当一个键首次插入到缓存中时，它的使用计数器被设置为 1 (由于 put 操作)。对缓存中的键执行 get 或 put 操作，使用计数器的值将会递增。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例：

输入：
[“LFUCache”, “put”, “put”, “get”, “put”, “get”, “get”, “put”, “get”, “get”, “get”]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [3], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出：
[null, null, null, 1, null, -1, 3, null, -1, 3, 4]

解释：
// cnt(x) = 键 x 的使用计数
// cache=[] 将显示最后一次使用的顺序（最左边的元素是最近的）
LFUCache lfu = new LFUCache(2);
lfu.put(1, 1); // cache=[1,_], cnt(1)=1
lfu.put(2, 2); // cache=[2,1], cnt(2)=1, cnt(1)=1
lfu.get(1); // 返回 1
// cache=[1,2], cnt(2)=1, cnt(1)=2
lfu.put(3, 3); // 去除键 2 ，因为 cnt(2)=1 ，使用计数最小
// cache=[3,1], cnt(3)=1, cnt(1)=2
lfu.get(2); // 返回 -1（未找到）
lfu.get(3); // 返回 3
// cache=[3,1], cnt(3)=2, cnt(1)=2
lfu.put(4, 4); // 去除键 1 ，1 和 3 的 cnt 相同，但 1 最久未使用
// cache=[4,3], cnt(4)=1, cnt(3)=2
lfu.get(1); // 返回 -1（未找到）
lfu.get(3); // 返回 3
// cache=[3,4], cnt(4)=1, cnt(3)=3
lfu.get(4); // 返回 4
// cache=[3,4], cnt(4)=2, cnt(3)=3

提示：

0 <= capacity <= 104
0 <= key <= 105
0 <= value <= 109
最多调用 2 * 105 次 get 和 put 方法

题解

这个题目是真的痛苦，和那个LRU算法思路基本一致，但是需要额外定义一个map用来储存所有被访问次数为count的头节点，这样更新的时候会快很多。
Debug了好久。。。。

AC代码

class LFUCache {
struct Node{int key, val, count;Node *next, *prev;
};
private://定义每个键值的指针位置
unordered_map<int, Node*>cache;
map<int, Node*>count_start;
Node * head = new Node();
Node * tail = new Node();int capacity;public:LFUCache(int capacity):capacity(capacity){head->count = 1e9;tail->count = -1e9;head->next = tail;tail->prev = head;head->prev = NULL;tail->next = NULL;count_start[1e9] = head;count_start[-1e9] = tail;}void delete_count_start(Node *p){//该节点是操作次数为count的首节点if(count_start[p->count]==p){if(p->next->count==p->count){count_start[p->count] = p->next;//更新下}   else{//直接删除键值为countcount_start.erase(p->count);}}      }//假设当前键值使用次数为x，把节点p直接插到所有使用次数为x的第一个位置void update(Node * p){//如果是刚插入的节点if(p->next==NULL){Node * Prev = tail->prev;Prev->next = p;p->prev = Prev;p->next = tail;tail->prev = p;        }//切断原来的联系Node * Prev = p->prev;Node * Next = p->next;Prev->next = Next;Next->prev = Prev; int count = p->count;auto iter = count_start.upper_bound(count);//iter--是为了找到count_start中第一个小于等于count的键值iter--;if(iter->first==-1e9){//是使用次数最小的，直接接链表后面Node * Prev = tail->prev;Prev->next = p;p->prev = Prev;p->next = tail;tail->prev = p;count_start[count] = p;}else{Node * Prev = iter->second->prev;Node * Next = iter->second;//插入Prev->next = p;p->prev = Prev;p->next = Next;Next->prev = p;count_start[count] = p;}}int get(int key) {if(cache.find(key)==cache.end())return -1;Node * p =cache[key];int val = p->val;//先判断更新下原来的被访问次数countdelete_count_start(p);p->count += 1;update(p);return val;}void put(int key, int value) {if(cache.find(key)==cache.end()){if(cache.size()>=capacity){//删除最久并且使用次数最少的键值Node * p2 = tail->prev;Node * Prev = p2->prev;Prev->next = tail;tail->prev = Prev;//删除cache.erase(p2->key);//先判断更新下原来的被访问次数countdelete_count_start(p2);delete p2;}Node * p = new Node();p->key = key;cache[key] = p;p->count = 1;p->val = value;update(p);}else{Node * p = cache[key];//先判断更新下原来的被访问次数countdelete_count_start(p);p->count += 1;p->val = value;update(p);}}
};/*** Your LFUCache object will be instantiated and called as such:* LFUCache* obj = new LFUCache(capacity);* int param_1 = obj->get(key);* obj->put(key,value);*/