(数组/字符串) 380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素 —

(数组/字符串) 380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素 ——【Leetcode每日一题】

❓ 380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

难度：中等

实现 RandomizedSet 类：

RandomizedSet() 初始化 RandomizedSet 对象
bool insert(int val) 当元素 val 不存在时，向集合中插入该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
bool remove(int val) 当元素 val 存在时，从集合中移除该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
int getRandom() 随机返回现有集合中的一项（测试用例保证调用此方法时集合中至少存在一个元素）。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

你必须实现类的所有函数，并满足每个函数的平均时间复杂度为 $O (1)$ 。

示例：

输入
[“RandomizedSet”, “insert”, “remove”, “insert”, “getRandom”, “remove”, “insert”, “getRandom”]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出
[null, true, false, true, 2, true, false, 2]

解释
RandomizedSet randomizedSet = new RandomizedSet();
randomizedSet.insert(1); // 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomizedSet.remove(2); // 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomizedSet.insert(2); // 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomizedSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomizedSet.remove(1); // 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomizedSet.insert(2); // 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomizedSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。

提示：

$2^{31} <= val <= 2^{31} - 1$
最多调用 insert、remove 和 getRandom 函数 $2 * 10^5$ 次
在调用 getRandom 方法时，数据结构中 至少存在一个 元素。

💡思路：哈希表 + 变长数组

哈希表可以在 $O (1)$ 的时间内完成插入和删除操作，但是由于无法根据下标定位到特定元素，因此不能在 $O (1)$ 的时间内完成 获取随机元素 操作。而数组可以在 $O (1)$ 的时间内完成 获取随机元素 操作。所以使用哈希表加数组：

哈希表记录加入和删除的数，可以 $O (1)$ 检查是否出现过;
用数组 nums 维护所有数，方便随机取一个数，数组后加入一个数也是 $O (1)$ ；
用 哈希表 维护每个数加入时的坐标，以加入的元素 val 为主键，以数组 nums 下标为值；
在要删除的数不是数组最后一个时，与最后一个交换（因为是不在乎顺序的，所以这种交换不影响任何东西），此时要删除的数成为数组最后一个，可以 $O (1)$ 删除。

🍁代码：(C++、Java)

C++

class RandomizedSet {
private:unordered_map<int, int> map; //哈希表储存元素值和对应下标，为了访问时实现O（1）vector<int> nums;public:RandomizedSet() {}bool insert(int val) {if(map.find(val) != map.end()) return false;nums.push_back(val);map[val] = nums.size() - 1;return true;}bool remove(int val) {if(map.find(val) == map.end()) return false;int idx = nums.size() - 1;if(map[val] != idx){nums[map[val]] = nums[idx];map[nums[idx]] = map[val];}nums.pop_back();map.erase(val);return true;}int getRandom() {int size = nums.size();int random = rand() % size;return nums[random];}
};/*** Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:* RandomizedSet* obj = new RandomizedSet();* bool param_1 = obj->insert(val);* bool param_2 = obj->remove(val);* int param_3 = obj->getRandom();*/

Java

class RandomizedSet {static int[] nums = new int[200010];Random random = new Random();Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();int idx = -1;public RandomizedSet() {}public boolean insert(int val) {if(map.containsKey(val)) return false;nums[++idx] = val;map.put(val, idx);return true;}public boolean remove(int val) {if(!map.containsKey(val)) return false;int loc = map.remove(val);if(loc != idx) map.put(nums[idx], loc);nums[loc] = nums[idx--];return true;}public int getRandom() {return nums[random.nextInt(idx + 1)];}
}/*** Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:* RandomizedSet obj = new RandomizedSet();* boolean param_1 = obj.insert(val);* boolean param_2 = obj.remove(val);* int param_3 = obj.getRandom();*/