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LeetCode 460 LFU 快取

技術標籤:資料結構與演算法資料結構leetcode

請你為 最不經常使用(LFU)快取演算法設計並實現資料結構。

實現 LFUCache 類:

LFUCache(int capacity) - 用資料結構的容量capacity 初始化物件
int get(int key)- 如果鍵存在於快取中,則獲取鍵的值,否則返回 -1。
void put(int key, int value)- 如果鍵已存在,則變更其值;如果鍵不存在,請插入鍵值對。當快取達到其容量時,則應該在插入新項之前,使最不經常使用的項無效。在此問題中,當存在平局(即兩個或更多個鍵具有相同使用頻率)時,應該去除 最久未使用 的鍵。

注意「項的使用次數」就是自插入該項以來對其呼叫 get 和 put 函式的次數之和。使用次數會在對應項被移除後置為 0 。

進階:

你是否可以在O(1)時間複雜度內執行兩項操作?

示例:

輸入:
["LFUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [3], [4, 4], [1], [3], [4]]

輸出:
[null, null, null, 1, null, -1, 3, null, -1, 3, 4]

解釋:
LFUCache lFUCache = new LFUCache(2);
lFUCache.put(1, 1);
lFUCache.put(2, 2);
lFUCache.get(1); // 返回 1
lFUCache.put(3, 3); // 去除鍵 2
lFUCache.get(2); // 返回 -1(未找到)
lFUCache.get(3); // 返回 3
lFUCache.put(4, 4); // 去除鍵 1
lFUCache.get(1); // 返回 -1(未找到)

lFUCache.get(3); // 返回 3
lFUCache.get(4); // 返回 4

提示:

0 <=capacity, key, value <= 104
最多呼叫 105次 get 和 put 方法


解題思路:

準備兩個字典,

key與freq對映,為了找key在哪個頻率下;
key與value對映,為了找key對應的value值,這個需要一個有序字典OrderedDict,為了好彈出同一個頻率下,最開始加入的key(當然是容量不夠,需要彈出的時候)。
對於第二個字典,可以用python內建有序字典OrderedDict實現。

Python程式碼:

class LFUCache:

    def __init__(self, capacity: int):
        self.k2v = collections.defaultdict(OrderedDict)
        self.k2f = {}
        self.capacity = capacity
        self.min_f = 0

    def get(self, key: int) -> int:
        if key not in self.k2f:
            return -1
        f = self.k2f[key]
        value = self.k2v[f].pop(key)
        if not self.k2v[f] and self.min_f == f:
            self.min_f += 1
        self.k2v[f + 1][key] = value
        self.k2f[key] = f + 1
        return value

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        if self.capacity == 0:
            return None
        if key in self.k2f:
            f = self.k2f[key]
            self.k2v[f].pop(key)
            if not self.k2v[f] and self.min_f == f:
                self.min_f += 1
            self.k2v[f + 1][key] = value
            self.k2f[key] = f + 1
        else:
            if self.capacity == len(self.k2f):
                k, v = self.k2v[self.min_f].popitem(last=False)
                self.k2f.pop(k)
            self.k2f[key] = 1
            self.k2v[1][key] = value
            self.min_f = 1


# Your LFUCache object will be instantiated and called as such:
# obj = LFUCache(capacity)
# param_1 = obj.get(key)
# obj.put(key,value)