leetcode 380. Insert Delete GetRandom O(1)

末蓝、 2022-06-07 02:50 158阅读 0赞

Design a data structure that supports all following operations in average O(1) time.

insert(val): Inserts an item val to the set if not already present.  
remove(val): Removes an item val from the set if present.  
getRandom: Returns a random element from current set of elements. Each element must have the same probability of being returned.  
Example:

// Init an empty set.  
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// Inserts 1 to the set. Returns true as 1 was inserted successfully.  
randomSet.insert(1);

// Returns false as 2 does not exist in the set.  
randomSet.remove(2);

// Inserts 2 to the set, returns true. Set now contains \[1,2\].  
randomSet.insert(2);

// getRandom should return either 1 or 2 randomly.  
randomSet.getRandom();

// Removes 1 from the set, returns true. Set now contains \[2\].  
randomSet.remove(1);

// 2 was already in the set, so return false.  
randomSet.insert(2);

// Since 2 is the only number in the set, getRandom always return 2.  
randomSet.getRandom();

直接看代码吧。

代码如下：

/*
     * 使用Map保存元素和对应的index，这道题要注意，不允许重复元素
     */
    public class RandomizedSet 
    {
        
        Map<Integer,Integer> map;
        List<Integer> list;
        int size;
    
        /** Initialize your data structure here. */
        public RandomizedSet() 
        {
            map = new HashMap<Integer,Integer>();
            list = new ArrayList<Integer>();
            this.size = 0;
        }
    
        /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
        public boolean insert(int val) 
        {
            if(map.containsKey(val)) 
                return false;
            else
            {
                list.add(size,val);
                map.put(val,size++);
                return true;
            }
        }
    
    
    
        /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
        public boolean remove(int val) 
        {
            if(!map.containsKey(val)) 
                return false;
            else if(size == 0) 
                map.remove(val);
            else
            {
                int tailKey = list.get(size-1);
                map.put(tailKey,map.get(val));
                list.set(map.get(val),tailKey);
                size--;
                map.remove(val);
    
            }
            return true; 
        }
    
        /** Get a random element from the set. */
        public int getRandom() 
        {
            Random rdm = new Random();
            return list.get(rdm.nextInt(size));
        }
    }

下面是C++的做法

这道题让我们在常数时间范围内实现插入删除和获得随机数操作，如果这道题没有常数时间的限制，那么将会是一道非常简单的题，我们直接用一个set就可以搞定所有的操作。但是由于时间的限制，我们无法在常数时间内实现获取随机数，所以只能另辟蹊径。此题的正确解法是利用到了一个一维数组和一个哈希表，其中数组用来保存数字，哈希表用来建立每个数字和其在数组中的位置之间的映射，对于插入操作，我们先看这个数字是否已经在哈希表中存在，如果存在的话直接返回false，不存在的话，我们将其插入到数组的末尾，然后建立数字和其位置的映射。删除操作是比较tricky的，我们还是要先判断其是否在哈希表里，如果没有，直接返回false。由于哈希表的删除是常数时间的，而数组并不是，为了使数组删除也能常数级，我们实际上将要删除的数字和数组的最后一个数字调换个位置，然后修改对应的哈希表中的值，这样我们只需要删除数组的最后一个元素即可，保证了常数时间内的删除。而返回随机数对于数组来说就很简单了，我们只要随机生成一个位置，返回该位置上的数字即可，参见代码如下：

代码如下：

#include <iostream>
    #include <vector>
    #include <map>
    #include <unordered_map>
    #include <set>
    #include <unordered_set>
    #include <queue>
    #include <stack>
    #include <string>
    #include <climits>
    #include <algorithm>
    #include <sstream>
    #include <functional>
    #include <bitset>
    #include <numeric>
    #include <cmath>
    #include <regex>
    
    using namespace std;
    
    
    
    class RandomizedSet 
    {
    public:
        vector<int> nums;
        unordered_map<int, int> m;
    
        /** Initialize your data structure here. */
        RandomizedSet()
        {
    
        }
    
        /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
        bool insert(int val) 
        {
            if (m.count(val)) 
                return false;
    
            nums.push_back(val);
            m[val] = nums.size() - 1;
            return true;
        }
    
        /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
        bool remove(int val) 
        {
            if (!m.count(val)) 
                return false;
    
            int last = nums.back();
            m[last] = m[val];
            nums[m[val]] = last;
            nums.pop_back();
            m.erase(val);
            return true;
        }
    
        /** Get a random element from the set. */
        int getRandom() 
        {
            return nums[rand() % nums.size()];
        }
    };