146.LRU (最近最少使用) 缓存机制

[wtfjun]

leetcode 146. LRU (最近最少使用) 缓存机制

题目描述

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个  LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果密钥不存在，则写入其数据值。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

进阶:

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

示例:

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1);       // 返回  1
cache.put(3, 3);    // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);    // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3);       // 返回  3
cache.get(4);       // 返回  4

解题思路：

搞清楚两个问题就行，执行put操作的时候关注

一、缓存数据的变化

分为两种情况：

1.缓存不满

命中缓存（缓存中存在该值），则缓存无任何变化

未命中缓存（缓存中不存在该值），缓存中加入该值

2.缓存已满

命中缓存，缓存无变化

未命中缓存，删掉缓存末尾的值，之后缓存中加入该值

从以上分析，要想找到缓存末尾的值，我想到两个办法。

（1）将缓存有序化（有序化涉及到排序，增加算法复杂度，所以我不用这个方法）

（2）设置一个指针从内存第一个数开始跟踪缓存末尾的值

二、内存中增加数据时内存的变化

也是两种情况
1.内存中不存在该值（新数据）

直接将该值置于内存首部

2.内存中已经存在该值（旧数据）

更新内存中值的顺序，规则是将改值的前一个节点的下一个节点设置为该值的下一个节点，然后该值置于内存首部（基本链表操作）

这里需要考虑部分特殊情况，比如内存为空的情况下连续执行以下操作

put(1, 1);
put(1, 1);

所以更新的规则要兼容以上情况

执行get的时候，如果缓存中存在get的数据，则更新缓存顺序，跟以上一样。

代码：

let LRUCache = function(capacity) {
    this.cacheSize = capacity;
    // 缓存计数器
    this.cacheIndex = 0;
    this.cacheSet = new Set();
    // 内存头节点
    this.head = null;
    // 缓存尾节点
    this.cacheShift = null;
    this.memory = {};
};

LRUCache.prototype.get = function(key) {
    let val;
    const { cacheSet, memory } = this;
    if (cacheSet.has(key)) {
        val = memory[key].value;
        console.log(memory[key].value)
        // get 最后一个节点
        if (memory[key].next == null) {
            return val;
        }
        if (memory.cacheShift === memory[key] && memory.cacheShift.next) {
            memory.cacheShift = memory.cacheShift.next;
        }
        this.memorySort(key);
    } else {
        val = -1;
        console.log(-1);
    }
    
    return val;
};

LRUCache.prototype.put = function(key, value) {
    const { cacheSet, memory } = this;

    if (this.cacheIndex < this.cacheSize) {
        !cacheSet.has(key) && this.cacheIndex++;
        cacheSet.add(key)
    } else {
        if (!cacheSet.has(key)) {
            cacheSet.delete(memory.cacheShift.key);
            memory.cacheShift.next && (memory.cacheShift = memory.cacheShift.next);
            cacheSet.add(key);
        }
    }

    // 内存中有值
    if (memory.head) {
        // 内存中不存在该节点
        if (!memory[key]) {
            memory[key] = {
                prev: memory.head,
                next: null
            }
            memory.head.next = memory[key];
            memory.head = memory[key];
        } else { // 内存中存在节点
            if (memory.cacheShift === memory[key] && memory.cacheShift.next) {
                memory.cacheShift = memory[key].next;
            }
            this.memorySort(key);
        }
    } else {  // 内存为空，该节点为第一个节点
        memory[key] = {
            prev: null,
            next: null
        };
        memory.cacheShift = memory.head = memory[key];
    }

    memory[key].key = key;
    memory[key].value = value;
};

LRUCache.prototype.memorySort = function(key) {
    const { memory } = this;
    // get 的不是最后一个节点
    if (memory[key].next != null) {
        if (memory[key].prev != null) {
            memory[key].prev.next = memory[key].next;
        } else {    // 第一个节点
            memory[key].next.prev = null;
        }
        memory[key].next.prev = memory[key].prev;
        memory[key].prev = memory.head;
        memory[key].next = null;
        memory.head.next = memory[key];
        memory.head = memory[key];
    } 
}

[Antogetherle]

我对数据结构不熟悉，请教下，以下的写法有何不妥。

var LRUCache = function(capacity) {
    this.capacity = capacity;
    this.storage = {};
    this.keyOrder = [];
};

LRUCache.prototype.get = function(key) {
	let val = this.storage[key];

	//	取值的key不在队头，调整到队头
	if( val!==undefined && this.keyOrder[0] !== key ){
		let pos = this.keyOrder.indexOf(key);
		this.keyOrder.splice(pos,1);
		this.keyOrder.unshift(key);
	}
	val =  val  === undefined ? -1 :  val;

	console.warn( {op:'get',key,val,keyOrder:this.keyOrder.join(),storage:this.storage} )
        return val;
};


LRUCache.prototype.put = function(key, value) {

    //	如果已存在，直接删除清理
    if( this.storage[key] !== undefined ){
    	let pos = this.keyOrder.indexOf(key);
		this.keyOrder.splice(pos,1);
		delete this.storage[key];
    }

	//	长度检查清理，清理队尾
    if( this.keyOrder.length >= this.capacity ){
    	let popKey = this.keyOrder.pop();
    	delete this.storage[popKey];
    }

    //	在队头插入
    this.keyOrder.unshift(key);
    this.storage[key] = value;

    console.warn( {op:'set',key,value,keyOrder:this.keyOrder.join(),storage:this.storage} )
};

[wtfjun]

@Antogetherle 首先，涉及到数组的操作 splice、indexOf等等，你要考虑他的复杂度。尽量满足O(1)的要求，往O(1)的角度去解决。我没仔细看你这个解法，但是里面有好多操作达不到O(1)的要求，可以去看一下算法复杂度这方面的知识。