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【LeetCode】 381. Insert Delete GetRandom O(1) - Duplicates allowed 插入、删除和获取随机元素 - 允许重复(Hard)(JAVA)

程序员文章站 2022-03-23 17:01:32
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【LeetCode】 381. Insert Delete GetRandom O(1) - Duplicates allowed O(1) 时间插入、删除和获取随机元素 - 允许重复(Hard)(JAVA)

题目地址: https://leetcode.com/problems/insert-delete-getrandom-o1-duplicates-allowed/

题目描述:

Design a data structure that supports all following operations in average O(1) time.

Note: Duplicate elements are allowed.

  1. insert(val): Inserts an item val to the collection.
  2. remove(val): Removes an item val from the collection if present.
  3. getRandom: Returns a random element from current collection of elements. The probability of each element being returned is linearly related to the number of same value the collection contains.

Example:

// Init an empty collection.
RandomizedCollection collection = new RandomizedCollection();

// Inserts 1 to the collection. Returns true as the collection did not contain 1.
collection.insert(1);

// Inserts another 1 to the collection. Returns false as the collection contained 1. Collection now contains [1,1].
collection.insert(1);

// Inserts 2 to the collection, returns true. Collection now contains [1,1,2].
collection.insert(2);

// getRandom should return 1 with the probability 2/3, and returns 2 with the probability 1/3.
collection.getRandom();

// Removes 1 from the collection, returns true. Collection now contains [1,2].
collection.remove(1);

// getRandom should return 1 and 2 both equally likely.
collection.getRandom();

题目大意

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。

注意: 允许出现重复元素。

  1. insert(val):向集合中插入元素 val。
  2. remove(val):当 val 存在时,从集合中移除一个 val。
  3. getRandom:从现有集合中随机获取一个元素。每个元素被返回的概率应该与其在集合中的数量呈线性相关。

解题方法

题目最大的难度在于插入、删除和随机获取都要是 O(1) 的时间复杂度,而且还有重复的元素

  1. 如果没有重复的元素,直接存入 Map 就行了
  2. 但是现在有重复的元素,我们只能存入 List 当中了,获取和插入都是 O(1) 的时间复杂度
  3. 现在的问题是怎么解决删除元素可以 O(1) 的时间复杂度:把元素 val 对应的 index 存入 Map 当中
  4. 因为插入和随机获取都是随机的,不要求和加入的顺序相同,所以删除的时候可以毫无顾虑,把 index 的元素删了,再把最后一个元素放到 index ,再把最后一个元素删了即可(要考虑 index 就是最后一个元素)
class RandomizedCollection {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    Map<Integer, List<Integer>> map = new HashMap();

    /** Initialize your data structure here. */
    public RandomizedCollection() {

    }
    
    /** Inserts a value to the collection. Returns true if the collection did not already contain the specified element. */
    public boolean insert(int val) {
        list.add(val);
        List<Integer> temp = map.get(val);
        boolean flag = false;
        if (temp == null) {
            temp = new ArrayList<>();
            map.put(val, temp);
            flag = true;
        }
        temp.add(list.size() - 1);
        return flag;
    }
    
    /** Removes a value from the collection. Returns true if the collection contained the specified element. */
    public boolean remove(int val) {
        List<Integer> temp = map.get(val);
        if (temp == null) return false;
        int cur = temp.remove(0);
        int lastNum = list.get(list.size() - 1);
        list.set(cur, lastNum);
        temp = map.get(lastNum);
        temp.remove(new Integer(list.size() - 1));
        if (cur < list.size() - 1) temp.add(cur);
        if (map.get(val).size() == 0) map.remove(val);
        list.remove(list.size() - 1);
        return true;
    }
    
    /** Get a random element from the collection. */
    public int getRandom() {
        Random r = new Random();
        return list.get(r.nextInt(list.size()));
    }
}

执行用时:12 ms, 在所有 Java 提交中击败了 97.12% 的用户
内存消耗:42.4 MB, 在所有 Java 提交中击败了 98.85% 的用户