LRUCache

Implement with hash and double linked list

Author: Song2017

python/06_linkedlist/LRUCache.py

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+# Definition for singly-linked list.
+class DbListNode(object):
+    def __init__(self, x, y):
+        self.key = x
+        self.val = y
+        self.next = None
+        self.prev = None
+
+
+class LRUCache:
+    '''
+    leet code: 146
+        运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个  LRU (最近最少使用) 缓存机制。
+        它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。
+        获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
+        写入数据 put(key, value) - 如果密钥不存在，则写入其数据值。
+            当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，从而为新的数据值留出空间
+
+    哈希表+双向链表
+    哈希表: 查询 O(1)
+    双向链表: 有序, 增删操作 O(1)
+
+    Author: Ben
+    '''
+
+    def __init__(self, capacity: int):
+        self.cap = capacity
+        self.hkeys = {}
+        # self.top和self.tail作为哨兵节点, 避免越界
+        self.top = DbListNode(None, -1)
+        self.tail = DbListNode(None, -1)
+        self.top.next = self.tail
+        self.tail.prev = self.top
+
+    def get(self, key: int) -> int:
+
+        if key in self.hkeys.keys():
+            # 更新结点顺序
+            cur = self.hkeys[key]
+            # 跳出原位置
+            cur.next.prev = cur.prev
+            cur.prev.next = cur.next
+            # 最近用过的置于链表首部
+            top_node = self.top.next
+            self.top.next = cur
+            cur.prev = self.top
+            cur.next = top_node
+            top_node.prev = cur
+
+            return self.hkeys[key].val
+        return -1
+
+    def put(self, key: int, value: int) -> None:
+        if key in self.hkeys.keys():
+            cur = self.hkeys[key]
+            cur.val = value
+            # 跳出原位置
+            cur.prev.next = cur.next
+            cur.next.prev = cur.prev
+
+            # 最近用过的置于链表首部
+            top_node = self.top.next
+            self.top.next = cur
+            cur.prev = self.top
+            cur.next = top_node
+            top_node.prev = cur
+        else:
+            # 增加新结点至首部
+            cur = DbListNode(key, value)
+            self.hkeys[key] = cur
+            # 最近用过的置于链表首部
+            top_node = self.top.next
+            self.top.next = cur
+            cur.prev = self.top
+            cur.next = top_node
+            top_node.prev = cur
+            if len(self.hkeys.keys()) > self.cap:
+                self.hkeys.pop(self.tail.prev.key)
+                # 去掉原尾结点
+                self.tail.prev.prev.next = self.tail
+                self.tail.prev = self.tail.prev.prev
+
+    def __repr__(self):
+        vals = []
+        p = self.top.next
+        while p.next:
+            vals.append(str(p.val))
+            p = p.next
+        return '->'.join(vals)
+
+
+if __name__ == '__main__':
+    cache = LRUCache(2)
+    cache.put(1, 1)
+    cache.put(2, 2)
+    print(cache)
+    cache.get(1)  # 返回  1
+    cache.put(3, 3)  # 该操作会使得密钥 2 作废
+    print(cache)
+    cache.get(2)  # 返回 -1 (未找到)
+    cache.put(4, 4)  # 该操作会使得密钥 1 作废
+    print(cache)
+    cache.get(1)  # 返回 -1 (未找到)
+    cache.get(3)  # 返回  3
+    print(cache)
+    cache.get(4)  # 返回  4
+    print(cache)