feat: 460_LFUCache

Author: wangpeng

src/pp/arithmetic/hard/_460_LFUCache.java

@@ -0,0 +1,146 @@
+package pp.arithmetic.hard;
+
+import java.util.HashMap;
+import java.util.LinkedList;
+
+/**
+ * Created by wangpeng on 2019-03-07.
+ * 460. LFU缓存
+ * <p>
+ * 设计并实现最不经常使用（LFU）缓存的数据结构。它应该支持以下操作：get 和 put。
+ * <p>
+ * get(key) - 如果键存在于缓存中，则获取键的值（总是正数），否则返回 -1。
+ * put(key, value) - 如果键不存在，请设置或插入值。当缓存达到其容量时，它应该在插入新项目之前，使最不经常使用的项目无效。
+ * 在此问题中，当存在平局（即两个或更多个键具有相同使用频率）时，最近最少使用的键将被去除。
+ * <p>
+ * 进阶：
+ * 你是否可以在 O(1) 时间复杂度内执行两项操作？
+ * <p>
+ * 示例：
+ * <p>
+ * LFUCache cache = new LFUCache( 2 );
+ * <p>
+ * cache.put(1,1);
+ * cache.put(2,2);
+ * cache.get(1);       // 返回 1
+ * cache.put(3,3);    // 去除 key 2
+ * cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到key 2)
+ * cache.get(3);       // 返回 3
+ * cache.put(4,4);    // 去除 key 1
+ * cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到 key 1)
+ * cache.get(3);       // 返回 3
+ * cache.get(4);       // 返回 4
+ *
+ * @see <a href="https://leetcode-cn.com/problems/lfu-cache/">lfu-cache</a>
+ */
+public class _460_LFUCache {
+    public static void main(String[] args) {
+        LFUCache cache = new LFUCache(2);
+        cache.put(1, 1);
+        cache.put(2, 2);
+        System.out.println(cache.get(1));       // 返回 1
+        cache.put(3, 3);    // 去除 key 2
+        System.out.println(cache.get(2));       // 返回 -1 (未找到key 2)
+        System.out.println(cache.get(3));       // 返回 3
+        cache.put(4, 4);    // 去除 key 1
+        System.out.println(cache.get(1));       // 返回 -1 (未找到 key 1)
+        System.out.println(cache.get(3));       // 返回 3
+        System.out.println(cache.get(4));       // 返回 4
+    }
+
+    /**
+     * 执行用时: 238 ms, 在LFU Cache的Java提交中击败了23.53% 的用户
+     * 内存消耗: 71.7 MB, 在LFU Cache的Java提交中击败了0.00% 的用户
+     * 使用HashMap + LinkedList的方式实现，时间耗时花在了LinkedList上
+     */
+    private static class LFUCache {
+
+        private HashMap<Integer, Node> map = new HashMap<>();
+        private HashMap<Integer, LinkedList<Integer>> freqMap = new HashMap<>();
+        int max;
+        int cur;
+        int minFreq;
+
+        public LFUCache(int capacity) {
+            max = capacity;
+        }
+
+        public int get(int key) {
+            Node node = map.get(key);
+            if (node != null) {
+                updateFreq(node);
+                return node.value;
+            }
+            return -1;
+        }
+
+        public void put(int key, int value) {
+            if (max <= 0) {
+                return;
+            }
+            Node node = map.get(key);
+            if (node != null) {
+                //更新频率
+                node.value = value;
+                updateFreq(node);
+            } else {
+                cur++;
+                if (cur > max) {
+                    deleteNode();
+                    cur--;
+                }
+                node = new Node(key, value, 1);
+                map.put(key, node);
+                addFreq(1, key);
+                minFreq = 1;
+            }
+        }
+
+        private void deleteNode() {
+            LinkedList<Integer> keys = freqMap.get(minFreq);
+            if (keys != null && keys.size() > 0) {
+                Integer deleteKey = keys.get(0);
+                keys.remove(deleteKey);
+                map.remove(deleteKey);
+            }
+        }
+
+        private void updateFreq(Node node) {
+            removeFreq(node.freq, node.key);
+            LinkedList<Integer> preKeyList = freqMap.get(node.freq);
+            if (preKeyList != null && preKeyList.size() == 0 && minFreq == node.freq) {
+                minFreq = node.freq + 1;
+            }
+            addFreq(++node.freq, node.key);
+        }
+
+        private void removeFreq(int freq, int key) {
+            LinkedList<Integer> keyList = freqMap.get(freq);
+            if (keyList != null) {
+                keyList.remove((Integer) key);
+            }
+        }
+
+        private void addFreq(int freq, int key) {
+            LinkedList<Integer> keyList = freqMap.get(freq);
+            if (keyList == null) {
+                keyList = new LinkedList<>();
+                freqMap.put(freq, keyList);
+            }
+            keyList.add(key);
+
+        }
+    }
+
+    private static class Node {
+        int key;
+        int value;
+        int freq;
+
+        public Node(int key, int value, int freq) {
+            this.key = key;
+            this.value = value;
+            this.freq = freq;
+        }
+    }
+}