LRU数据结构-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了LRU数据结构。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

LRU缓存是非常经典的数据结构设计，本文重点在于设计出get、put方法时间复杂度都为O(1)的LRU缓存

LRU缓存特征是当超出容量时会将最近最少使用的元素逐出

第一次的失败尝试——记录有效区间

记录有效区间的方法是通过计数器counter为每一个最近使用的元素记录最新计数，在每次访问的时候更新有效区间

比如对于容量为2的lru而已，先put(1,1)，然后put(2,2)，那么1的counter就会是0，2的counter是1，此时有效区间是[0,1]。那么当2再次被访问的时候，2的counter便会变为2，此时有效区间是[0,2]，所以访问的1、2都是有效

当再次put(3,3)的时候，3的counter便为3，有效区间的右边界变为3；但因为已经超出容量此时有效区间就会在原来基础上缩小范围，所以最终的有效区间变成[1,3]，那么1已经被排除有效区间之外了

然而这种做法的问题是一旦有效元素被多次访问，且put新元素的时候，就难以搞清楚有效区间在哪里，这需要更高的时间复杂度才可能做到

通过测试用例的尝试——双向链表+hash表

从第一次失败的尝试我找到的瓶颈是无法在O(1)复杂度将最近使用的元素从任意逐出顺序中置为最后，而能做到这点的只有双向链表。然而双向链表找到元素复杂度确是O(1)，那么便只能用上hash表从而使得时间复杂度优化到O(1)文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-555303.html

type quickLinkedTable struct {
	head, tail *qlt
	cap        int
	m          map[int]*qlt
}

func newQLT(cap int) *quickLinkedTable {
	return &quickLinkedTable{
		cap: cap,
		m:   make(map[int]*qlt, cap),
	}
}

func (t *quickLinkedTable) push(key, value int) {
	// 若当前key存在，则更新，并置于头部
	if q, ok := t.m[key]; ok {
		q.value = value
		t.moveToHead(q)
		return
	}

	// 创建新链表元素，使head指向该元素，并更新hash表
	q := newQlt(key, value)
	if t.head != nil {
		t.head.next = q
	}
	q.pre = t.head
	t.head = q
	t.m[key] = q
	if t.tail == nil {
		t.tail = q
	}

	// 当超出容量时，删除尾部
	if len(t.m) > t.cap {
		tail := t.tail
		t.tail = t.tail.next
		t.tail.pre = nil
		delete(t.m, tail.key)
	}
}

func (t *quickLinkedTable) get(key int) int {
	if q, ok := t.m[key]; ok {
		t.moveToHead(q)
		return q.value
	}
	return -1
}

func (t *quickLinkedTable) moveToHead(q *qlt) {
	// q本身是head就直接返回（仅有head next为nil）
	if q.next == nil {
		return
	}

	// 若q是tail，则更新q next为新tail
	// 若q不是tail，则将q移出去，使q前后元素相连
	if q.pre == nil {
		t.tail = q.next
		t.tail.pre = nil
	} else {
		q.pre.next = q.next
	}
	q.next.pre = q.pre

	// 使原head next指向q，并更新q为head，
	q.pre = t.head
	t.head.next = q
	q.next = nil
	t.head = q
}

type qlt struct {
	key       int
	pre, next *qlt
	value     int
}

func newQlt(key, value int) *qlt {
	return &qlt{key: key, value: value}
}

type LRUCache struct {
	t *quickLinkedTable
}

func Constructor(capacity int) LRUCache {
	return LRUCache{
		t: newQLT(capacity),
	}
}

func (this *LRUCache) Get(key int) int {
	return this.t.get(key)
}

func (this *LRUCache) Put(key int, value int) {
	this.t.push(key, value)
}