【算法】 LRU 缓存难度:中等 题目: 请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。 实现
难度:中等
题目:
请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
实现 LRUCache
类:
LRUCache(int capacity)
以 正整数 作为容量capacity
初始化 LRU 缓存int get(int key)
如果关键字key
存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回-1
。void put(int key, int value)
如果关键字key
已经存在,则变更其数据值value
;如果不存在,则向缓存中插入该组key-value
。如果插入操作导致关键字数量超过capacity
,则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get
和 put
必须以 O(1)
的平均时间复杂度运行。
示例:
输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]
解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1); // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废,缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废,缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3); // 返回 3
lRUCache.get(4); // 返回 4
提示:
1 <= capacity <= 3000
0 <= key <= 10000
0 <= value <= 105
- 最多调用
2 * 105
次get
和put
解题思路:
要实现LRU缓存,我们可以使用哈希表(在JavaScript中是对象或Map)和双向链表来完成。双向链表用于存储缓存项,确保插入、删除操作的高效性,而哈希表用于快速查找缓存项在链表中的位置。
- 数据结构选择:
- 哈希表:快速查找键值对,时间复杂度O(1)。
- 双向链表:快速在头部添加和尾部删除元素,符合LRU特性。
2.实现逻辑:
-
get(key)
操作:如果key
存在于哈希表中,将对应节点移到链表头部,并返回其值;否则返回-1。 -
put(key, value)
操作:如果key
已存在,更新其值并移到链表头部;如果key
不存在且缓存已满,删除链表尾部节点(即最久未使用的项),然后在链表头部插入新的key-value
对。
JavaScript实现:
class Node {
constructor(key, value) {
this.key = key;
this.value = value;
this.prev = null;
this.next = null;
}
}
class LRUCache {
constructor(capacity) {
this.capacity = capacity;
this.hash = new Map(); // 用于快速查找
this.head = new Node(); // 链表头节点,不存储数据
this.tail = new Node(); // 链表尾节点,不存储数据
this.head.next = this.tail;
this.tail.prev = this.head;
}
get(key) {
if (this.hash.has(key)) {
const node = this.hash.get(key);
this.moveToHead(node); // 将访问的节点移到链表头部
return node.value;
}
return -1;
}
put(key, value) {
if (this.hash.has(key)) {
const node = this.hash.get(key);
node.value = value; // 更新值
this.moveToHead(node); // 移到头部
} else {
const newNode = new Node(key, value);
this.hash.set(key, newNode);
this.addToHead(newNode); // 插入到头部
if (this.hash.size > this.capacity) {
// 超出容量,删除尾部节点
const removedNode = this.removeTail();
this.hash.delete(removedNode.key);
}
}
}
moveToHead(node) {
this.removeNode(node);
this.addToHead(node);
}
addToHead(node) {
node.prev = this.head;
node.next = this.head.next;
this.head.next.prev = node;
this.head.next = node;
}
removeNode(node) {
node.prev.next = node.next;
node.next.prev = node.prev;
}
removeTail() {
const removedNode = this.tail.prev;
this.removeNode(removedNode);
return removedNode;
}
}
转载自:https://juejin.cn/post/7426988056635179046