[FJUTOJ-3682] LRU算法的實現2

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此題讓我們實現一個LRU的模板類。本題較簡便且高效的寫法是維護一個std::list和一個std::unordered_map。

std::list 與 std::unordered_map 中存放的內容

std::list中存放各key，類型為K。鏈表中各鍵碼存放的順序是按照訪問順序存放的。

std::unordered_map中以key為第一維，第二維為一個pair，其first和second分別為：

first: 該key對應的value。

second:該key在std::list中的叠代器方便訪問。

為方便，下面用“鏈表”來指代std::list

各操作實現

insert操作：用哈希表判斷該鍵是否已經存在。若存在，先在鏈表中刪除該key，然後再新加一個該key到鏈表尾部，並更新在哈希表中的value和鏈表的叠代器。若不存在，則直接加至鏈表尾部，並在哈希表中插入該key，伴隨著對應的value和鏈表叠代器。

get操作：直接從哈希表中獲得其value即可。代碼實現未檢測該key是否存在，嚴謹來說應該加上異常處理。

contains操作：直接在哈希表中查詢是否存在該key即可。

vis操作：用哈希表判斷該鍵是否存在。若不存在，則本操作無效。否則，將該鍵從鏈表中刪除，然後再將其加至鏈表尾部，並更新哈希表中對應鏈表叠代器。

pop操作：判斷是否整個容器已經為空。若為空，則本操作無效。否則，將鏈表頭部元素從鏈表中刪除，並在哈希表中刪除對應鍵值信息。

remove操作：用哈希表判斷該鍵是否存在。若不存在，則本操作無效。否則，將該鍵從鏈表中刪除，並在哈希表中刪除對應鍵值信息。

empty操作：哈希表或鏈表判空即可。

size操作：取哈希表或鏈表大小即可。

clear操作：清空哈希表和鏈表即可。

時間復雜度

各操作基於對鏈表和哈希表的修改。期望復雜度均為\(O(1)\)。

參考代碼實現

#include <list>
#include <unordered_map>

template <typename K, typename V>
class LRU {
private:
    typedef typename std::list<K>::iterator listIter;
    typedef typename std::unordered_map<K, std::pair<V, listIter>>::iterator unorderedMapIter;
    std::list<K> lst;
    std::unordered_map<K, std::pair<V, listIter>> mp;

public:
    void insert(const K &key, const V &value) {
        unorderedMapIter it = mp.find(key);
        if (it == mp.end()) {
            lst.emplace_back(key);
            mp.insert(std::make_pair(key, std::make_pair(value, --lst.end())));
        } else {
            lst.erase(it->second.second);
            lst.emplace_back(key);
            it->second = std::make_pair(value, --lst.end());
        }
    }

    // If Key doesn't exist, this will create one <Key, zero>
    V get(const K &key) {
        return mp[key].first;
    }

    bool contains(const K &key) {
        return mp.count(key) == 1;
    }

    void vis(const K &key) {
        unorderedMapIter it = mp.find(key);
        if (it != mp.end()) {
            lst.erase(it->second.second);
            lst.emplace_back(key);
            it->second.second = --lst.end();
        }
    }

    void pop() {
        if (!lst.empty()) {
            mp.erase(lst.front());
            lst.pop_front();
        }
    }

    void remove(const K &key) {
        unorderedMapIter it = mp.find(key);
        if (it != mp.end()) {
            lst.erase(it->second.second);
            mp.erase(it);
        }
    }

    bool emtpy() {
        return lst.empty();
    }

    unsigned long long size() {
        return lst.size();
    }
    
    void clear() {
        lst.clear();
        mp.clear();
    }
};
 

FJUTOJ-3682 LRU算法的實現2 (鏈表+哈希)