题目描述

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个  LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果关键字 (key) 存在于缓存中，则获取关键字的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「关键字/值」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

样例

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1);       // 返回  1
cache.put(3, 3);    // 该操作会使得关键字 2 作废
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);    // 该操作会使得关键字 1 作废
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3);       // 返回  3
cache.get(4);       // 返回  4

算法1

(python内置：dict + collections.OrderedDict) $O(1)$

一.dict：缓存k/v键值对（但无序）
二.OrderedDict：维护：实现更新最近访问的key
注：
1.OrderedDict是按照key的插入顺序排列（插入越后；就放越后）
2.popitem：last=True(默认)最后一个；last=False第一个

时间复杂度

参考文献

python 代码

class LRUCache:

    def __init__(self, capacity: int):
        #难点1.OrderedDict()用法：move_to_end函数；del函数；popitem函数
        self.od=OrderedDict()
        self.capacity=capacity


    def get(self, key: int) -> int:#查找
        if key in self.od:
            val=self.od[key]
            self.od.move_to_end(key) #用了就把它放到末尾
            return val
        else:
            return -1



    def put(self, key: int, value: int) -> None: #更新k/v
        #更新key到表头
        if key in self.od:
            #记得先删旧的再更新新的
            del self.od[key]
            #难点2.od写前面（它才是要维护的）
            self.od[key]=value
        else: #插入
            self.od[key]=value

            #判断
            if len(self.od)>self.capacity:
                #last=False 删除第一个
                self.od.popitem(last=False)

算法2

(字典+循环双端链表) $O(n^2)$

一.字典：存储节点
二.head+tail：维护双向链表（手写链表）
注：考点
1.add函数：加到链表尾部
2.remove函数：删除指定节点

时间复杂度

参考文献

python 代码

#难点1.创建双向链表
class Node:
    def __init__(self, key, val):
        self.key = key
        self.val = val
        self.prev = None
        self.next = None


class LRUCache:

    def __init__(self, capacity: int):
        # 构建首尾节点, 使之相连
        self.head = Node(0, 0)
        self.tail = Node(0, 0)
        self.head.next = self.tail
        self.tail.prev = self.head

        self.lookup = dict()
        self.capacity = capacity

    def get(self, key: int) -> int:
        if key in self.lookup:
            node = self.lookup[key]
            self.remove(node)
            self.add(node)
            return node.val
        else:
            return -1

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        if key in self.lookup:
            self.remove(self.lookup[key])
        if len(self.lookup) == self.max_len:
            # 把表头位置节点删除(说明最近的数据值)
            self.remove(self.head.next)
        #难点2.与法一不同，最后add（注意写法Node；add的node.key;配套）
        self.add(Node(key, value))

    # 删除链表节点
    def remove(self, node):
        del self.lookup[node.key]
        node.prev.next = node.next
        node.next.prev = node.prev

    #难点3.双向链表加点的写法（指针指向搞清楚）
    # 加在链表尾
    def add(self, node):
        self.lookup[node.key] = node
        #先暂存;因为不知道tail的前一个节点
        pre_tail = self.tail.prev
        node.next = self.tail
        self.tail.prev = node
        pre_tail.next = node
        node.prev = pre_tail