【题目描述】
设计并实现最不经常使用（LFU）缓存的数据结构。它应该支持以下操作：get 和 put。
get(key) - 如果键存在于缓存中，则获取键的值（总是正数），否则返回 -1。
put(key, value) - 如果键不存在，请设置或插入值。当缓存达到其容量时，它应该在插入新项目之前，使最不经常使用的项目无效。在此问题中，当存在平局（即两个或更多个键具有相同使用频率）时，最近最少使用的键将被去除。
进阶：
你是否可以在 O(1) 时间复杂度内执行两项操作？
示例：
LFUCache cache = new LFUCache( 2 /*capacity (缓存容量) */ );
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // 返回 1
cache.put(3, 3); // 去除 key 2
cache.get(2); // 返回 -1 (未找到key 2)
cache.get(3); // 返回 3
cache.put(4, 4); // 去除 key 1
cache.get(1); // 返回 -1 (未找到 key 1)
cache.get(3); // 返回 3
cache.get(4); // 返回 4
【解题思路】
解题思路见我博客：左神算法进阶班6_1LFU缓存实现
【代码实现】
#pragma once
#include <iostream>
#include <map> using namespace std; class LFUCache {
public:
LFUCache(int capacity) {
this->capacity = capacity;
} int get(int key) {
if (dataMap.find(key) == dataMap.end())//数据不存在
return -;
Node* p = dataMap[key];//找到数据节点
NodeList* h = headMap[p->num];
updataNode(p, h); return p->val;
} void put(int key, int value) {
if (capacity == )
return;
if (dataMap.find(key) != dataMap.end())//已经存在
{
Node* p = dataMap[key];//找到数据节点
NodeList* h = headMap[p->num];//找到头链表节点
p->val = value; updataNode(p, h);//更新数据的使用次数
}
else//如果不存在，则新建
{
if (dataMap.size() >= this->capacity)//容量不足，需要删除数据
deleteData(); Node* p = new Node(key, value, );//使用用一次
dataMap[key] = p;//记录 //将新建节点插入使用1次的子链表中
if (headMap.find() == headMap.end())//当使用1次的子链表不存在
createNode(p, headList);
else
moveNode(p, headMap[]);//插入在使用次数在1的子链表中
}
} private:
struct Node//子链表
{
int key;
int val;
int num;
Node* next;
Node* pre;
Node(int a, int b, int n) :key(a), val(b), num(n), next(nullptr), pre(nullptr) {}
}; struct NodeList//主链表
{
int num;
Node* head;//子链表的头节点
Node* tail;//子链表的尾结点
NodeList* next;
NodeList* pre;
NodeList(int a) :num(a), next(nullptr), pre(nullptr)
{
head = new Node(, , a);//新建一个子链表的头结点
tail = head;
}
}; private:
void getNode(Node*& p, NodeList*& h)//将节点从子链表中取出
{
p->pre->next = p->next;
if (p->next == nullptr)
h->tail = p->pre;
else
p->next->pre = p->pre;
}
void moveNode(Node*& p, NodeList*& q)//将节点向后移动
{
p->next = q->tail->next;
q->tail->next = p;
p->pre = q->tail;
q->tail = p;
}
void deleteNode(int num, NodeList*& h)//删除子链表
{
headMap.erase(num);//从map中删除
h->pre->next = h->next;
if (h->next != nullptr)
h->next->pre = h->pre;
delete h;
h = nullptr;
}
void createNode(Node*p, NodeList*& h)//新建子链表,并插入在主链中
{
NodeList* q = new NodeList(p->num);//新建一个子链表
headMap[p->num] = q;//保存对应的地址 moveNode(p, q);////将节点放入子链表中 //将新子链插入主链表中
q->next = h->next;
if (h->next != nullptr)
h->next->pre = q;
h->next = q;
q->pre = h;
}
void updataNode(Node*& p, NodeList*& h)//更新函数的使用次数
{
int num = p->num;
p->num++;//使用次数+1 //将p从子链表中取出
getNode(p, h); //将该数据向后面移动
if (headMap.find(p->num) == headMap.end())//不存在num+1的节点,那么新建
createNode(p, h);
else
moveNode(p, headMap[p->num]);////将节点放入子链表中 //如果该子链表为空，将该子链表删除,并从map中删除
if (h->head == h->tail)
deleteNode(num, h);
}
void deleteData()//容量不足需要删除
{
NodeList* p = headList->next;
Node* q = p->head->next;//删除子链表排在最前面的数据
if (q == p->tail)//要删除的数据就是最后一个数据，则删除该节点和子链表
deleteNode(q->num, p);
else
{
p->head->next = q->next;
q->next->pre = p->head;
}
dataMap.erase(q->key);//删除记录
delete q;//删除
q = nullptr;
} private:
int capacity;
NodeList* headList = new NodeList();//主链表的头结点
map<int, Node*>dataMap;//key <——> 真实数据节点地址
map<int, NodeList*>headMap;//次数 <——> 链表头节点地址
}; /**
* Your LFUCache object will be instantiated and called as such:
* LFUCache* obj = new LFUCache(capacity);
* int param_1 = obj->get(key);
* obj->put(key,value);
*/ void Test()
{
LFUCache* f = new LFUCache();
f->put(, );
f->put(, );
f->put(, );
f->put(, );
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
f->put(, );
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl; }