2023-09-25 LeetCode每日一题（LFU 缓存）

2023-09-25每日一题

一、题目编号

460. LFU 缓存

二、题目链接

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三、题目描述

请你为最不经常使用（LFU）缓存算法设计并实现数据结构。

实现 LFUCache 类：

LFUCache(int capacity) - 用数据结构的容量 capacity 初始化对象
int get(int key) - 如果键 key 存在于缓存中，则获取键的值，否则返回 -1 。
void put(int key, int value) - 如果键 key 已存在，则变更其值；如果键不存在，请插入键值对。当缓存达到其容量 capacity 时，则应该在插入新项之前，移除最不经常使用的项。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，应该去除 最久未使用 的键。
为了确定最不常使用的键，可以为缓存中的每个键维护一个 使用计数器 。使用计数最小的键是最久未使用的键。

当一个键首次插入到缓存中时，它的使用计数器被设置为 1 (由于 put 操作)。对缓存中的键执行 get 或 put 操作，使用计数器的值将会递增。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例：
在这里插入图片描述 提示：

1 <= capacity <= 10⁴
0 <= key <= 10⁵
0 <= value <= 10⁹
最多调用 2 * 10⁵ 次 get 和 put 方法

四、解题代码

struct Node {int cnt, time, key, value;Node(int _cnt, int _time, int _key, int _value):cnt(_cnt), time(_time), key(_key), value(_value){}bool operator < (const Node& rhs) const {return cnt == rhs.cnt ? time < rhs.time : cnt < rhs.cnt;}
};
class LFUCache {// 缓存容量，时间戳int capacity, time;unordered_map<int, Node> key_table;set<Node> S;
public:LFUCache(int _capacity) {capacity = _capacity;time = 0;key_table.clear();S.clear();}int get(int key) {if (capacity == 0) return -1;auto it = key_table.find(key);// 如果哈希表中没有键 key，返回 -1if (it == key_table.end()) return -1;// 从哈希表中得到旧的缓存Node cache = it -> second;// 从平衡二叉树中删除旧的缓存S.erase(cache);// 将旧缓存更新cache.cnt += 1;cache.time = ++time;// 将新缓存重新放入哈希表和平衡二叉树中S.insert(cache);it -> second = cache;return cache.value;}void put(int key, int value) {if (capacity == 0) return;auto it = key_table.find(key);if (it == key_table.end()) {// 如果到达缓存容量上限if (key_table.size() == capacity) {// 从哈希表和平衡二叉树中删除最近最少使用的缓存key_table.erase(S.begin() -> key);S.erase(S.begin());}// 创建新的缓存Node cache = Node(1, ++time, key, value);// 将新缓存放入哈希表和平衡二叉树中key_table.insert(make_pair(key, cache));S.insert(cache);}else {// 这里和 get() 函数类似Node cache = it -> second;S.erase(cache);cache.cnt += 1;cache.time = ++time;cache.value = value;S.insert(cache);it -> second = cache;}}
};