LeetCode146.LRU 缓存（哈希表+双向链表）

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。

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

解答

本题考查的就是hash表和双向链表，主要是让你手搓一个双向链表，比较考研基本功，我也是第一次写

首先是初始化链表，然后就是完成get方法和put方法，本题就是这三步。

初始化链表：为链表设置容量，并且要添加两个空节点分别作为头和尾，便于我们删除尾节点，移动节点到头部，头部添加节点的操作。
get方法：首先我们要通过hash表进行定位，拿到该节点，并且要在链表中将该节点移动到头部，表示这是我们最新使用的节点
put方法：如果hash表中存在该节点，那我们需要修改它的值，并且在链表中将他移动到表头的位置；hash表中没有，那就需要我们进行添加，在表头添加该节点，并且在hash表中也要添加，然后链表长度加1。
- 此时还要判断我们的链表长度是否大于链表给出的容量，超出容量的话要删除最近最少使用的节点，也就是我们的尾节点。

现在大概的思路有了，还有几个具体的函数需要实现，在头部添加一个节点，删除节点，移动节点到头部，删除尾节点。

主要的两个方法就是在头部添加节点和删除链表中的节点，其他方法都可以由这两个方法组合

在头部添加节点

这个可能有点绕，可以边看边自己手画一下，光想可能不好理解
删除链表中的节点

源代码：

java 复制代码

class LRUCache {
    // 定义链表的节点
    class LinkedNode{
        int key;
        int value;
        LinkedNode prev;
        LinkedNode next;
        public LinkedNode(){};
        public LinkedNode(int _key, int _value){this.key = _key; this.value = _value;}
    }

    // 定义一个hash表
    private Map<Integer, LinkedNode> cache = new HashMap<Integer, LinkedNode>();
    private int size = 0;
    private int capacity = 0;
    private LinkedNode head, tail;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        this.head = new LinkedNode();
        this.tail = new LinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }
    
    public int get(int key) {
        LinkedNode node = cache.get(key);
        if(node == null){
            return -1;
        }
        moveToHead(node);
        return node.value;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        LinkedNode node = cache.get(key);
        if(node == null){
            // hash表中没有，将节点插入到链表头部和hash表中, 并且判断此时链表长度，超过容量要从尾部移除
            LinkedNode newNode = new LinkedNode(key, value);
            cache.put(key, newNode);
            addNodeToHead(newNode);
            this.size ++;
            if(this.size > this.capacity){
                LinkedNode tailNode = removeTail();
                cache.remove(tailNode.key);
                this.size --;
            }
        }else {
            // 链表中存在就更新值，并且将其放到头部
            node.value = value;
            moveToHead(node);
        }
    }

    public void moveToHead(LinkedNode node){
        removeNode(node);
        addNodeToHead(node);
    }

    public void removeNode(LinkedNode node){
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }

    public void addNodeToHead(LinkedNode node){
        node.prev = head;
        node.next = head.next;
        head.next.prev = node;
        head.next = node;
    }

    public LinkedNode removeTail(){
        LinkedNode res = tail.prev;
        removeNode(res);
        return res;
    }
}

本题就结束了，难度肯定是不大，就是第一次接触会有点懵