146.LRU缓存-图解LRU

I AM_SUN2025-05-24 13:29

LRU缓存是一种满足最近最少使用约束的数据结构。我们可以用一个简单的例子来理解：假设你有一摞书，最多只能放capacity本。当你需要找一本书时，如果书在摞中，就返回它的版本（即key-value）；如果不在，就返回-1。当你想放入一本新书时，如果这本书已经存在，就更新它的版本号；如果不存在，就把新书放在最上面。如果书的数量超过了capacity，就把最下面那本书移出。

那么，在这个例子中，我们主要用到了哪些操作呢？又该用什么数据结构来实现呢？由于题目要求get()和put()的时间复杂度为O(1)，并且需要同时存放key-value，还要删除最久未使用的元素，因此可以使用双向链表来解决。具体来说，我们主要用到了以下操作：

1.删除

将一个节点删除

2.将节点放在最前面

3.快速找出要找的节点

使用哈希表，用key与节点作映射

cpp 复制代码

class Node {
public:
    int key;
    int value;
    Node *prev;
    Node *next;
    Node(int k = 0,int v = 0):key(k),value(v){};
};

class LRUCache {
public:
    int capacity = 0;
    Node *dummy;
    unordered_map<int,Node*> key_to_node;
    //删除节点
    void remove(Node *x) {
        x->prev->next = x->next;
        x->next->prev = x->prev;
    }
    //将节点放在最前
    void push_front(Node *x) {
        x->prev = dummy;
        x->next = dummy->next;
        x->next->prev = x;
        x->prev->next = x;
    }
    //获取节点
    Node* getNode(int key) {
        auto it = key_to_node.find(key);
        if (it == key_to_node.end()) {
            return nullptr;
        }
        Node *node = key_to_node[key];
        remove(node);
        push_front(node);
        return node;
    }
  
    LRUCache(int capacity) : capacity(capacity),dummy(new Node()) {
        dummy->next = dummy;
        dummy->prev = dummy;
    }
    
    int get(int key) {
        Node *node = getNode(key);
        return node ? node->value : -1;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        Node *node = getNode(key);
        if (node) {
            node->value = value;
            return;
        }
        key_to_node[key] = node = new Node(key,value);
        push_front(node);
        if (capacity < key_to_node.size()) {
            //最久未使用节点
            Node *back_node = dummy->prev;
            key_to_node.erase(back_node->key);
            remove(back_node);
            //释放内存
            delete back_node;
        }
    
    }
};

时间复杂度：O(1)

空间复杂度：O(min(p,capacity)，p为put的次数