LeetCode题目之腾讯精选练习（50题）：LRU缓存机制

蔚落 2024-04-19 09:39 31阅读 0赞

# 题目 #

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个 [LRU (最近最少使用) 缓存机制][LRU _]。它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。  
写入数据 put(key, value) - 如果密钥不存在，则写入其数据值。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

进阶 :

你是否可以在 **O(1)** 时间复杂度内完成这两种操作？

**示例** :

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );
    
    cache.put(1, 1);
    cache.put(2, 2);
    cache.get(1);       // 返回  1
    cache.put(3, 3);    // 该操作会使得密钥 2 作废
    cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
    cache.put(4, 4);    // 该操作会使得密钥 1 作废
    cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
    cache.get(3);       // 返回  3
    cache.get(4);       // 返回  4

## 算法实现 ##

public class LRUCache
    {
        
        private List<int> Keys;
        private Dictionary<int, int> a;
    
    
        public LRUCache(int capacity)
        {
        
            Keys = new List<int>(capacity);
            a = new Dictionary<int, int>(capacity);
        }
    
        public int Get(int key)
        {
        
            int resValue;
            if (a.TryGetValue(key, out resValue))
            {
        
                Keys.RemoveAt(Keys.IndexOf(key));
                Keys.Add(key);
                return resValue;
            }
            else
                return -1;
        }
    
        public void Put(int key, int value)
        {
        
            int Value = 0;
            a.TryGetValue(key,out Value);
            if (Value != 0)
            {
        
                a[key] = value;
                Keys.RemoveAt(Keys.IndexOf(key));
                Keys.Add(key);
            }
            else if (Keys.Count != Keys.Capacity)
            {
        
                Keys.Add(key);
                a.Add(key, value);
            }
            else
            {
        
                a.Remove(Keys[0]);
                Keys.RemoveAt(0);
                Keys.Add(key);
                a.Add(key, value);
            }
        }
    }

## 执行结果 ##

**执行结果** : 通过  
**执行用时** : 480 ms, 在所有 C\# 提交中击败了36.74%的用户  
**内存消耗** : 47.8 MB, 在所有 C\# 提交中击败了26.67%的用户  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NTU2NTk5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 小的总结 ##

本题的要求让我想到了之前做过的辅助栈与数据栈，我想的是一个列表储存键的排序，另一个字典储存键值对。之后看了官方的双向链表加哈希的方法，是满足进阶的要求。发现题解没有C\#的，于是移植到C\#上稍加改进，然后顺手发了一个C\#的题解，如下。

## 官方题解 ##

public class LRUCache
    {
        
        class DLinkedNode
        {
        
            public int key;
            public int value;
            public DLinkedNode prev;
            public DLinkedNode next;
        }
    
        private void addNode(DLinkedNode node)
        {
        
            //将新的node加入在头部的后面
            node.prev = head;
            node.next = head.next;
    
            head.next.prev = node;
            head.next = node;
        }
    
        private void removeNode(DLinkedNode node)
        {
        
            //从链表中移除一个node
            DLinkedNode prev = node.prev;
            DLinkedNode next = node.next;
    
            prev.next = next;
            next.prev = prev;
        }
    
        private void moveToHead(DLinkedNode node)
        {
        
            //将一个node移到队头
            removeNode(node);
            addNode(node);
        }
    
        private DLinkedNode popTail()
        {
        
            //移除当前队尾的元素
            DLinkedNode res = tail.prev;
            removeNode(res);
            return res;
        }
    
        private Hashtable cache = new Hashtable();
        private int size;
        private int capacity;
        private DLinkedNode head, tail;
    
        public LRUCache(int capacity)
        {
        
            this.size = 0;
            this.capacity = capacity;
    
            head = new DLinkedNode();
            // head.prev = null;
    
            tail = new DLinkedNode();
            // tail.next = null;
    
            head.next = tail;
            tail.prev = head;
        }
    
        public int Get(int key)
        {
        
            DLinkedNode node = (DLinkedNode)cache[key];
            if (node == null) return -1;
    
            // 将已存在的node移到队头
            moveToHead(node);
    
            return node.value;
        }
    
        public void Put(int key, int value)
        {
        
            DLinkedNode node = (DLinkedNode)cache[key];
    
            if (node == null)
            {
        
                DLinkedNode newNode = new DLinkedNode();
                newNode.key = key;
                newNode.value = value;
    
                cache.Add(key, newNode);
                addNode(newNode);
    
                ++size;
    
                if (size > capacity)
                {
        
                    //移除队尾元素
                    DLinkedNode tail = popTail();
                    cache.Remove(tail.key);
                    --size;
                }
            }
            else
            {
        
                // 更新node的值并移到队头
                node.value = value;
                moveToHead(node);
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][2019091620181392.png]

[LRU _]: https://baike.baidu.com/item/LRU
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NTU2NTk5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/e33318a7ecea4f6d9e6391facd65ac73.png
[2019091620181392.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/b30d79e37fbc44e596c5d40790426956.png