LeetCode面试150——380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

发布于:2024-08-02 ⋅ 阅读:(40) ⋅ 点赞:(0)

题目难度:中等

默认优化目标:最小化平均时间复杂度。

Python默认为Python3。

目录

1 题目描述

2 题目解析

3 算法原理及代码实现

3.1 变长数组+哈希表

参考文献


1 题目描述

实现RandomizedSet 类:

  • RandomizedSet() 初始化 RandomizedSet 对象

  • bool insert(int val) 当元素 val 不存在时,向集合中插入该项,并返回 true ;否则,返回 false

  • bool remove(int val) 当元素 val 存在时,从集合中移除该项,并返回 true ;否则,返回 false

  • int getRandom() 随机返回现有集合中的一项(测试用例保证调用此方法时集合中至少存在一个元素)。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

你必须实现类的所有函数,并满足每个函数的 平均 时间复杂度为 O(1)

示例:

输入
["RandomizedSet", "insert", "remove", "insert", "getRandom", "remove", "insert", "getRandom"]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出
[null, true, false, true, 2, true, false, 2]
​
解释
RandomizedSet randomizedSet = new RandomizedSet();
randomizedSet.insert(1); // 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomizedSet.remove(2); // 返回 false ,表示集合中不存在 2 。
randomizedSet.insert(2); // 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomizedSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomizedSet.remove(1); // 从集合中移除 1 ,返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomizedSet.insert(2); // 2 已在集合中,所以返回 false 。
randomizedSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字,getRandom 总是返回 2 。

提示:

  • -231 <= val <= 231 - 1

  • 最多调用 insertremovegetRandom 函数 2 * ``105

  • 在调用 getRandom 方法时,数据结构中 至少存在一个 元素。

2 题目解析

这题要实现一个类,这个类内包含包含四个函数。①初始化②元素不存在时插入该元素③元素存在时删除它④以相同概率随机返回一个元素。

3 算法原理及代码实现

3.1 变长数组+哈希表

这道题要求每个函数的时间复杂度为O(1)。

变长数组可以在O(1)的时间内完成随机元素获取,但是无法在O(1)时间内完成插入和删除操作。

哈希表可以在O(1)时间内完成插入和删除,但是无法在O(1)时间内完成随机读取。

因此我们需要结合两种存储结构。插入和删除操作时,我们使用哈希表。随机元素获取,我们需用可变长数组。

插入操作,先判断元素val是否在哈希表中,在返回flase,不在返回true并插入val。在原数组的末尾插入,再将新元素添加进哈希表。

删除操作,先判断val是否存在,不存在返回false,存在返回true并执行删除操作。在哈希表中找到该元素,然后和可变数组的最后一个元素交换位置,再把可变数组的最后一个元素删除,然后删除哈希表中对应元素。

随机获取元素就简单了,随机在可变长数组中选一个下标即可。

平均时间复杂度为O(1),平均空间复杂度为O(n)。

C++代码实现

#include <vector>
#include <unordered_map>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
​
class RandomizedSet {
public:
    RandomizedSet() {
        static bool seed_initialized = false;//随机种子只初始化一次
        if (!seed_initialized) {
            srand((unsigned)time(NULL));
            seed_initialized = true;
        }
    }
    
    bool insert(int val) {
        if (indices.find(val) != indices.end()) {
            return false;
        }
        int index = nums.size();
        nums.emplace_back(val);
        indices[val] = index;
        return true;
    }
    
    bool remove(int val) {
        auto it = indices.find(val);//用find代替count避免双重查找
        if (it == indices.end()) {
            return false;
        }
        int index = it->second;
        int last = nums.back();
        nums[index] = last;
        indices[last] = index;
        nums.pop_back();
        indices.erase(it);
        return true;
    }
    
    int getRandom() {
        int randomIndex = rand() % nums.size();
        return nums[randomIndex];
    }
​
private:
    std::vector<int> nums;
    std::unordered_map<int, int> indices;
};

Python代码实现

import random
import time
​
class RandomizedSet:
​
    def __init__(self):
        random.seed(int(time.time()))
        self.nums = []
        self.indices = {}
​
    def insert(self, val: int) -> bool:
        if val in self.indices:
            return False
        index = len(self.nums)
        self.nums.append(val)
        self.indices[val] = index
        return True
​
    def remove(self, val: int) -> bool:
        if val not in self.indices:
            return False
        index = self.indices[val]
        last = self.nums[-1]
        self.nums[index] = last
        self.indices[last] = index
        self.nums.pop()
        del self.indices[val]
        return True
​
    def getRandom(self) -> int:
        randomIndex = random.randint(0, len(self.nums) - 1)
        return self.nums[randomIndex]
​

参考文献

力扣面试经典150题

力扣官方题解