LeetCode380-常数时间插入、删除和获取随机元素

发表于 | 分类于

题目链接

英文链接：https://leetcode.com/problems/insert-delete-getrandom-o1/

中文链接：https://leetcode-cn.com/problems/insert-delete-getrandom-o1/

题目详述

设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构。

  1. insert(val)：当元素 val 不存在时，向集合中插入该项。
  2. remove(val)：元素 val 存在时，从集合中移除该项。
  3. getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有相同的概率被返回。

示例 :

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
// 初始化一个空的集合。
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomSet.insert(1);

// 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomSet.remove(2);

// 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomSet.insert(2);

// getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomSet.getRandom();

// 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomSet.remove(1);

// 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomSet.insert(2);

// 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。
randomSet.getRandom();

题目详解

  • insert(val) 和 remove(val) 操作都要达到 O(1)，运用哈希结构是比较合适的。
  • 因为要求随机获取元素，可以用 Math.random() 乘以总元素的大小就得到了索引。因此索引必须是有序的，并且要把元素与索引关联起来。
  • 采取的方案是运用两个哈希表 keyMap、indexMap 和一个整形变量 size。
  • keyMap 用来记录元素到索引的映射，indexMap 用来记录索引到元素的映射， size 用来记录这个容器中元素的数量。
  • 当插入一个元素时，分别向两个哈希表插入元素，并更新 size。
  • 当删除元素时，若删除的是最后插入的元素，可以直接删除；否则把最后插入的元素转移到删除的位置，并更新 size。这样维持这个容器的有序性。
  • 当随机获取元素时，运用随机函数得到索引，取得与之关联的元素。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
public class LeetCode_00380 {

    class RandomizedSet {
        private Map<Integer, Integer> keyMap;
        private Map<Integer, Integer> indexMap;
        private int size;

        /** Initialize your data structure here. */
        public RandomizedSet() {
            keyMap = new HashMap<>();
            indexMap = new HashMap<>();
            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 (!keyMap.containsKey(val)) {
                keyMap.put(val, size);
                indexMap.put(size++, val);
                return true;
            }
            return false;
        }

        /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
        public boolean remove(int val) {
            if (keyMap.containsKey(val)) {
                int deleteIndex = keyMap.get(val);
                int lastKey = indexMap.get(--size);
                keyMap.put(lastKey, deleteIndex);
                indexMap.put(deleteIndex, lastKey);
                keyMap.remove(val);
                indexMap.remove(size);
                return true;
            }
            return false;
        }

        /** Get a random element from the set. */
        public int getRandom() {
            if (size == 0) {
                throw new RuntimeException();
            }
            int randomIndex = (int) (Math.random() * size);
            return indexMap.get(randomIndex);
        }
    }
}