380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素-力扣(Java)
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 insert、remove 和 getRandom 函数 2 * 105 次
在调用 getRandom 方法时,数据结构中 至少存在一个 元素。
解答(答案源自官方)
public class RandomizedSet {
private List<Integer> list;
private Map<Integer, Integer> map;
private Random random;
public RandomizedSet() {
map = new HashMap<>();
list = new ArrayList<>();
}
public boolean insert(int val) {
if(map.containsKey(val)){
return false;
}
int index = list.size();
list.add(val);
//将val值以key的形式保存,这样的目的为以O(1)的速度进行对下标index的查询,用于对map进行containskey操作
map.put(val,index);
return true;
}
public boolean remove(int val) {
if(map.containsKey(val)){
//对arraylist的删除操作,需要将所有元素进行遍历,左移一位,这会极大影响执行效率,故此处直接将最后一位的元素覆盖到所要删除的位置上,然后将arraylist的最后一位进行删除,时间复杂度恒为O(1)
int index = map.get(val);
int last = list.get(list.size()-1);
list.set(index,last);
map.put(last,index);
list.remove(list.size()-1);
map.remove(val);
return true;
}
return false;
}
public int getRandom() {
int randomNum = random.nextInt(list.size());
return list.get(randomNum);
}
}
变长数组可以在 O(1) 的时间内完成获取随机元素操作,但是由于无法在 O(1) 的时间内判断元素是否存在,因此不能在O(1)
的时间内完成插入和删除操作。哈希表可以在O(1) 的时间内完成插入和删除操作,但是由于无法根据下标定位到特定元素,因此不能在O(1)
的时间内完成获取随机元素操作。为了满足插入、删除和获取随机元素操作的时间复杂度都是
O(1),需要将变长数组和哈希表结合,变长数组中存储元素,哈希表中存储每个元素在变长数组中的下标。
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