手寫LRU

手寫LRU

1.要求

• put / get 均是 O(1) 時間複雜度
• 超出容量自動刪除最老數據

2.用什麼數據結構？

• 任意查找要求 O(1),必然有哈希

• 時間需要有序，必然鏈表或者數組

  • 由於刪除需求，也要控制在O(1),數組淘汰
  • 由於單鏈表刪除節點，需要尋找前驅，並非 O(1)，所以單鏈表淘汰

  所以結論，哈希(key-->node) + 雙鏈表，哈希存key維持映射關係，雙鏈表維持時序以及val

3.進一步，鏈表的Node定義是？

• 初版

  class Node(object):
    def __init__(self, v):
        self.val = v
        self.pre = None
        self.next = None
  意思是3個字段：前驅、後繼、val
  

• 滿足需求嘛？

  咋看是滿足需求的。val字段用來存儲值即可，前驅後繼也都滿足O(1)訴求

  • 特例：當node超出容量時，每次新進一個節點，就需要淘汰鏈尾的節點(鏈尾的節點時間最久)
  • 問題來了：鏈尾節點(val)刪除了，它對應的key還在哈希表裏，哈希表會有髒數據
  • 結論：Node字段不足，還需要存儲key

• Node定義的結論

  class Node(object):
    def __init__(self, k, v):
        self.key = k
        self.val = v
        self.pre = None
        self.next = None
  意思是4個字段：前驅、後繼、key, val
  

4.僞代碼

def get(key):
    if key in hash:
        將對應的節點提到雙鏈表表頭
        return node.val
    else:
        return None


def put(key, val):
   Node x = Node(key, val)
   if key in hash:
       將舊的節點從雙鏈表刪除
       x節點插在雙鏈表表頭
   else:
       if cache is full:
           刪除鏈尾節點
           將鏈尾節點的key從hash刪除
       x節點插入雙鏈表表頭
       hash[key] = x節點