力扣LeetCode：1656 设计有序流

题目：

有 n 个 (id, value) 对，其中 id 是 1 到 n 之间的一个整数，value 是一个字符串。不存在 id 相同的两个 (id, value) 对。

设计一个流，以 任意 顺序获取 n 个 (id, value) 对，并在多次调用时 按 id 递增的顺序 返回一些值。

实现 OrderedStream 类：

• OrderedStream(int n) 构造一个能接收 n 个值的流，并将当前指针 ptr 设为 1 。
• String[] insert(int id, String value) 向流中存储新的 (id, value) 对。存储后：
  • 如果流存储有 id = ptr 的 (id, value) 对，则找出从 id = ptr 开始的 最长 id 连续递增序列 ，并 按顺序 返回与这些 id 关联的值的列表。然后，将 ptr 更新为最后那个  id + 1 。

  • 否则，返回一个空列表。

示例：

输入
["OrderedStream", "insert", "insert", "insert", "insert", "insert"]
[[5], [3, "ccccc"], [1, "aaaaa"], [2, "bbbbb"], [5, "eeeee"], [4, "ddddd"]]
输出
[null, [], ["aaaaa"], ["bbbbb", "ccccc"], [], ["ddddd", "eeeee"]]

解释
OrderedStream os= new OrderedStream(5);
os.insert(3, "ccccc"); // 插入 (3, "ccccc")，返回 []
os.insert(1, "aaaaa"); // 插入 (1, "aaaaa")，返回 ["aaaaa"]
os.insert(2, "bbbbb"); // 插入 (2, "bbbbb")，返回 ["bbbbb", "ccccc"]
os.insert(5, "eeeee"); // 插入 (5, "eeeee")，返回 []
os.insert(4, "ddddd"); // 插入 (4, "ddddd")，返回 ["ddddd", "eeeee"]

提示：

• 1 <= n <= 1000
• 1 <= id <= n
• value.length == 5
• value 仅由小写字母组成
• 每次调用 insert 都会使用一个唯一的 id
• 恰好调用 n 次 insert

解法：基于数组和指针的流式处理

解题思路

我们需要设计一个数据结构，能够按 id 递增的顺序返回 (id, value) 对的值。由于 id 是唯一的且范围固定（1 到 n），我们可以使用一个数组来存储这些值，并通过一个指针 ptr 来跟踪当前可以返回的最小 id。

具体步骤如下：

1. 初始化：

   • 使用一个大小为 n + 1 的数组 stream 来存储 (id, value) 对。数组的索引直接对应 id，方便快速访问。

   • 初始化指针 ptr 为 1，表示下一个需要返回的 id 是 1。

2. 插入操作：

   • 将 (idKey, value) 对存储到数组 stream 的 idKey 位置。

   • 检查当前指针 ptr 是否指向一个已经存储了值的 id。如果是，则从 ptr 开始，依次检查连续的 id 是否已经存储，并将对应的 value 加入结果列表。

   • 更新指针 ptr 为最后一个连续 id 的下一个位置。

   • 返回结果列表。

代码实现

class OrderedStream {
private:
    vector<string> stream;  // 用于存储 (id, value) 对的数组
    int ptr;                // 当前指针，指向下一个应该返回的 id

public:
    OrderedStream(int n) {
        stream.resize(n+1);
        ptr = 1;
    }
    
    vector<string> insert(int idKey, string value) {
        stream[idKey] = value;
        
        vector<string> result;
        
        // 如果当前指针指向的 id 已经存储了值，则返回从 ptr 开始的最长连续递增序列
        while (ptr < stream.size() && !stream[ptr].empty()) {
            result.push_back(stream[ptr]);
            ptr++;
        }
         return result;
    }
};

/**
 * Your OrderedStream object will be instantiated and called as such:
 * OrderedStream* obj = new OrderedStream(n);
 * vector<string> param_1 = obj->insert(idKey,value);
 */

复杂度分析

1. 时间复杂度：

   • 每次调用 insert 方法时，最坏情况下需要遍历从 ptr 开始的所有连续 id，时间复杂度为 O(k)，其中 k 是连续 id 的数量。

   • 总体时间复杂度为 O(n)，因为每个 id 最多被遍历一次。

2. 空间复杂度：

   • 使用了一个大小为 n + 1 的数组来存储 (id, value) 对，空间复杂度为 O(n)。

示例运行

以下是对示例的运行过程分析：

1. 初始化 OrderedStream(5)，stream 数组大小为 6，ptr = 1。

2. 调用 insert(3, "cc")：

   • 存储 stream[3] = "cc"。

   • ptr = 1，stream[1] 为空，返回 []。

3. 调用 insert(1, "aa")：

   • 存储 stream[1] = "aa"。

   • ptr = 1，stream[1] 不为空，返回 ["aa"]，ptr 更新为 2。

4. 调用 insert(2, "bb")：

   • 存储 stream[2] = "bb"。

   • ptr = 2，stream[2] 不为空，返回 ["bb"]，ptr 更新为 3。

5. 调用 insert(5, "ee")：

   • 存储 stream[5] = "ee"。

   • ptr = 3，stream[3] 不为空，返回 ["cc"]，ptr 更新为 4。

6. 调用 insert(4, "dd")：

   • 存储 stream[4] = "dd"。

   • ptr = 4，stream[4] 不为空，返回 ["dd", "ee"]，ptr 更新为 6。

总结

通过使用数组和指针，我们可以高效地实现按 id 递增顺序返回值的功能。该方法的时间复杂度和空间复杂度均为 O(n)，能够很好地处理流式数据。