【Hot100】LeetCode—146. LRU 缓存

目录

• 1-思路
• • [1-1 LRU知识点](#1-1 LRU知识点)
  • [1-2 实现思路](#1-2 实现思路)
  • • LRU的子数据结构
    • • [① 双向链表 DLinkedNode 结点定义](#① 双向链表 DLinkedNode 结点定义)
      • [② 其他字段](#② 其他字段)
    • LRU实现的方法
    • • [① 初始化------LRUCache中初始化](#① 初始化——LRUCache中初始化)
      • [② public int get(int key) 取元素方法](#② public int get(int key) 取元素方法)
      • [③ public void put(int key, int value) 存元素方法](#③ public void put(int key, int value) 存元素方法)
• 2-实现
• • [⭐146. LRU 缓存------题解思路](#⭐146. LRU 缓存——题解思路)
• [3- ACM实现](#3- ACM实现)

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• 原题连接：146. LRU 缓存

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1-思路

1-1 LRU知识点

• LRU ：最近最少使用算法，如果经常请求的数据不会被淘汰，会被淘汰的是最近最少请求的数据。
• 热门数据会往上排列

• 看到 LRU，就想到 LRU 对应的数据结构 ------> HashMap + 双向链表(DLinkedNode)

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1-2 实现思路

LRU 算法的具体步骤

• 1- 头插： 新数据直接插入到列表头部
• 2- 移动到头： 缓存数据被命中，将数据移动到列表头部
• 3- 删除尾部： 缓存已经满的时候，移除列表尾部数据

LRU的子数据结构

① 双向链表 DLinkedNode 结点定义

• 包含 key 、value，key 就是 HashMap 的 key

class DLinkedNode{
    int key;
    int value;
    DLinkedNode pre;
    DLinkedNode next;
    DLinkedNode(){}
    DLinkedNode(int k,int v){key = k; value = v;}
}

② 其他字段

• cache ：缓存 Map<Integer,DLinkedNode> ：key 放 key，value 放值
• size：当前缓存中的元素个数
• capacity：缓存的容量
• DLinkedNode head,tail：定义双向链表的头尾结点

Map<Integer,DLinkedNode> cache = new HashMap<Integer,DLinkedNode>();
int size;
int capacity;
DLinkedNode head,tail;

LRU实现的方法

① 初始化------LRUCache中初始化

• 根据 capacity 传入的容量进行初始化

    public LRUCache(int capacity) {
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;
        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.pre = head;
    }

② public int get(int key) 取元素方法

获取元素涉及到的方法如下

• 1- public int get(int key)：
  • 通过 key 获取元素，直接使用 map 的get方法
  • 若不存在，返回 -1
  • 若存在，先将其 moveToHead(DLinkedNode node) 再返回
• 2- moveToHead(DLinkedNode node)
  • private DLinkedNode remove(DLinkedNode node)：先删除node元素
  • private void addToHead(DLinkedNode node)再添加到头
• 3- remove(DLinkedNode node)
  • 双链表 删除 node 结点
• 4- addToHead(DLinkedNode node)
  • 双链表头插

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③ public void put(int key, int value) 存元素方法

• 添加元素思考：
  • 当前元素不存在，直接添加，添加过程中需要判断缓存是否已满
  • 若存在，更新 value 即可

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2-实现

⭐146. LRU 缓存------题解思路

class LRUCache {

    public class DLinkedNode{
        int key;
        int val;
        DLinkedNode pre;
        DLinkedNode next;
        DLinkedNode(){}
        DLinkedNode(int k,int v){
            key = k;
            val = v;
        }
    }
    // 定义 LRU 所需要的变量
    HashMap<Integer,DLinkedNode> cache = new HashMap<>();
    int capacity;
    int size;
    DLinkedNode head,tail;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        this.size = 0;
        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.pre = head;
    }
    
    public int get(int key) {
        // get 元素
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if(node==null){
            return -1;
        }
        // 双链表操作
        moveToHead(node);
        return node.val;
    }

    private void moveToHead(DLinkedNode node){
        remove(node);
        addToHead(node);
    }

    private void remove(DLinkedNode node){
        node.pre.next = node.next;
        node.next.pre = node.pre;
    }
    
    private void addToHead(DLinkedNode node){
        node.next = head.next;
        head.next.pre = node;
        head.next = node;
        node.pre = head;
    }

    public void put(int key, int value) {
        // 要判断是更新还是新增
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if(node==null){
            DLinkedNode newNode = new DLinkedNode(key,value);
            cache.put(key,newNode);
            size++;
            addToHead(newNode);
            if(size>capacity){
                DLinkedNode last = removeLast();
                cache.remove(last.key);
                size--;
            }
        }else{
            node.val = value;
            moveToHead(node);
        }
    }

    public DLinkedNode removeLast(){
        DLinkedNode last = tail.pre;
        remove(last);
        return last;
    }
}

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3- ACM实现

import java.util.HashMap;
import java.util.Scanner;


public class LRUCache {


    // 1- 定义数据
    class DLinkedNode{
        int key;
        int value;
        DLinkedNode pre;
        DLinkedNode next;
        DLinkedNode(){}
        DLinkedNode(int k,int v){
            key = k;
            value = v;
        }
    }
    int size;
    int capacity;
    DLinkedNode head,tail;
    HashMap<Integer,DLinkedNode> cache = new HashMap<>();

    // 2- 初始化
    public LRUCache(int capacity){
        this.capacity = capacity;
        this.size = 0;
        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.pre = head;
    }


    // 3- 实现 LRU 的get方法
    public int get(int key){
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if(node== null){
            return -1;
        }
        moveToHead(node);
        return node.value;
    }

    private void moveToHead(DLinkedNode node){
        remove(node);
        addToHead(node);
    }

    private void remove(DLinkedNode node){
        node.pre.next = node.next;
        node.next.pre = node.pre;
    }

    private void addToHead(DLinkedNode node){
        node.next = head.next;
        head.next.pre = node;
        head.next = node;
        node.pre = head;
    }

    // 4- 实现 LRU 的put方法
    public void put(int key,int value){
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if(node==null){
            node = new DLinkedNode(key,value);
            cache.put(key,node);
            addToHead(node);
            size++;
            if(size>capacity){
                DLinkedNode ttail = removeTail();
                cache.remove(ttail.key);
                size--;
            }
        }
    }

    private DLinkedNode removeTail(){
        DLinkedNode node = tail.pre;
        remove(node);
        return node;
    }


    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("输入cache缓存容量capacity");
        int capacity = scanner.nextInt();
        LRUCache cache = new LRUCache(capacity);
        while (scanner.hasNext()) {
            String operation = scanner.next();
            if (operation.equals("get")) {
                int key = scanner.nextInt();
                System.out.println(cache.get(key));
            } else if (operation.equals("put")) {
                int key = scanner.nextInt();
                int value = scanner.nextInt();
                cache.put(key, value);
            }
        }
        scanner.close();
    }
}

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