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LRU Cache

描述

Design and implement a data structure for Least Recently Used (LRU) cache. It should support the following operations: get and set.

get(key) - Get the value (will always be positive) of the key if the key exists in the cache, otherwise return -1.

set(key, value) - Set or insert the value if the key is not already present. When the cache reached its capacity, it should invalidate the least recently used item before inserting a new item.

分析

为了使查找、插入和删除都有较高的性能,这题的关键是要使用一个双向链表和一个 HashMap,因为:

  • HashMap 保存每个节点的地址,可以基本保证在O(1)时间内查找节点
  • 双向链表能后在O(1)时间内添加和删除节点,单链表则不行

具体实现细节:

  • 越靠近链表头部,表示节点上次访问距离现在时间最短,尾部的节点表示最近访问最少
  • 访问节点时,如果节点存在,把该节点交换到链表头部,同时更新 hash 表中该节点的地址
  • 插入节点时,如果 cache 的 size 达到了上限 capacity,则删除尾部节点,同时要在 hash 表中删除对应的项;新节点插入链表头部

LRU Cche

代码

C++的std::list 就是个双向链表,且它有个 splice()方法,O(1)时间,非常好用。

Java 中也有双向链表LinkedList, 但是 LinkedList 封装的太深,没有能在O(1)时间内删除中间某个元素的 API(C++的list有个splice(), O(1), 所以本题 C++可以放心使用splice()),于是我们只能自己实现一个双向链表。

本题有的人直接用 LinkedHashMap ,代码更短,但这是一种偷懒做法,面试官一定会让你自己重新实现。

# LRU Cache
# OrderedDict
class LRUCache:
def __init__(self, capacity):
self.capacity = capacity
self.cache = OrderedDict()

# Time Complexity: O(1)
def get(self, key):
if key in self.cache:
value = self.cache.pop(key)
self.cache[key] = value
return value
else: return -1

# Time Complexity: O(1)
def put(self, key, value):
if key in self.cache:
self.cache.pop(key)
self.cache[key] = value
if len(self.cache) > self.capacity:
self.cache.popitem(last=False)

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