【题目】

LFU也是一个著名的缓存算法,自行了解之后实现LFU中的set 和 get

要求：两个方法的时间复杂度都为O(1)

【题解】

LFU算法与LRU算法很像

但LRU是最新使用的排在使用频率最前面，也就是LRU是通过使用时间进行排序，

使用时间越新，其使用频率越高，而使用时间越久，其使用频率越低，即当空间满时，被删除的概率最大

而LFU是根据使用次数来算使用频率的，使用次数越多，其使用频率越高，使用次数越少，使用频率越低，当空间满时越容易被删除

同样，使用hash_map表和双向链表进行存储；

hash表存储关键词与双向链表的节点地址

而双向链表的数据存储的是使用次数，每种使用次数仍然是一个双向链表，

当put一个数据，则在使用次数为1的链表节点下的链表中按put顺序依次存储

当每get一个数据，若存在，而在相对应使用次数的链表节点中拿出，放在下一个链表节点下，即使用次数 + 1的节点

记住，在相同的使用次数中，是按照使用时间顺序进行存放的，

所以，当空间满时，首先删除大链表的头中的头，即使用次数为1的节点中的头结点【最早放入】，若使用次数都一样，同样是删除该使用次数节点中链表的 头节点

所以，数据存放于链表尾部，数据删除于链表的头部

还有，当某个链表节点为空，则删除，某个链表节点不存在，则新建

比如，当使用次数为2的节点中无数据，则删出该节点，

当有一个新数据的使用次数为2时，发现不存在使用次数为2的节点，那么就应该新建一个节点

 

【代码】

　　

1 #pragma once  2 #include 
     
        3 #include 
      
         4   5 using namespace std;  6   7 struct Node//子链表  8 {  9     int key; 10     int val; 11     int num; 12     Node* next; 13     Node* pre; 14     Node(int a, int b, int n) :key(a), val(b), num(n), next(nullptr), pre(nullptr) {} 15 }; 16  17 struct NodeList//主链表 18 { 19     int num; 20     Node* head;//子链表的头节点 21     Node* tail;//子链表的尾结点 22     NodeList* next; 23     NodeList* pre; 24     NodeList(int a) :num(a), next(nullptr), pre(nullptr) 25     { 26         head = new Node(0, 0, a);//新建一个子链表的头结点 27         tail = head; 28     } 29 }; 30  31 class LFU 32 { 33 public: 34     LFU(int size) :capacity(size) {} 35     void set(int key, int value); 36     int get(int key); 37      38 private: 39     void getNode(Node*& p, NodeList*& h);//将节点从子链表中取出 40     void moveNode(Node*& p, NodeList*& h);//将节点向后移动 41     void deleteNode(int num, NodeList*& h);//删除子链表 42     void createNode(Node*p, NodeList*& h);//新建子链表,并插入在主链中 43     void updataNode(Node*& p, NodeList*& h);//更新函数的使用次数 44     void deleteData();//容量不足需要删除 45  46 private: 47     int capacity; 48     NodeList* headList = new NodeList(0);//主链表的头结点 49     hash_map
       
        dataMap;//key  <——>  真实数据节点地址 50     hash_map
        
         headMap;//次数 <——>  链表头节点地址 51 }; 52  53 void LFU::set(int key, int value) 54 { 55     if (this->capacity == 0) 56         return; 57     if (dataMap.find(key) != dataMap.end())//已经存在 58     { 59         Node* p = dataMap[key];//找到数据节点 60         NodeList* h = headMap[p->num];//找到头链表节点         61         p->val = value; 62  63         updataNode(p, h);//更新数据的使用次数         64     } 65     else//如果不存在，则新建 66     { 67         if (dataMap.size() >= this->capacity)//容量不足，需要删除数据 68             deleteData(); 69  70         Node* p = new Node(key, value, 1);//使用用一次 71         dataMap[key] = p;//记录 72  73         //将新建节点插入使用1次的子链表中 74         if (headMap.find(1) == headMap.end())//当使用1次的子链表不存在 75             createNode(p, headList); 76         else 77             moveNode(p, headMap[1]);//插入在使用次数在1的子链表中 78     } 79 } 80  81 int LFU::get(int key) 82 { 83     if (dataMap.find(key) == dataMap.end())//数据不存在 84         return -1; 85     Node* p = dataMap[key];//找到数据节点 86     NodeList* h = headMap[p->num]; 87     updataNode(p, h); 88  89     return p->val; 90 } 91  92 void LFU::getNode(Node*& p, NodeList*& h)//将节点从子链表中取出 93 { 94     p->pre->next = p->next; 95     if (p->next == nullptr) 96         h->tail = p->pre; 97     else 98         p->next->pre = p->pre; 99 }100 101 void LFU::moveNode(Node*& p, NodeList*& q)//将节点向后移动102 {103     p->next = q->tail->next;104     q->tail->next = p;105     p->pre = q->tail;106     q->tail = p;107 }108 109 void LFU::deleteNode(int num, NodeList*& h)//删除子链表110 {111     headMap.erase(num);//从map中删除112     h->pre->next = h->next;113     if (h->next != nullptr)114         h->next->pre = h->pre;115     delete h;116     h = nullptr;117 }118 119 120 void LFU::createNode(Node*p, NodeList*& h)//新建子链表,并插入在主链中121 {122     NodeList* q = new NodeList(p->num);//新建一个子链表123     headMap[p->num] = q;//保存对应的地址124 125     moveNode(p, q);////将节点放入子链表中        126 127     //将新子链插入主链表中128     q->next = h->next;129     if (h->next != nullptr)130         h->next->pre = q;131     h->next = q;132     q->pre = h;133 }134 135 void LFU::updataNode(Node*& p, NodeList*& h)//更新函数的使用次数136 {137     int num = p->num;138     p->num++;//使用次数+1139 140     //将p从子链表中取出141     getNode(p, h);142 143     //将该数据向后面移动144     if (headMap.find(p->num) == headMap.end())//不存在num+1的节点,那么新建145         createNode(p, h);146     else147         moveNode(p, headMap[p->num]);////将节点放入子链表中    148 149     //如果该子链表为空，将该子链表删除,并从map中删除150     if (h->head == h->tail)151         deleteNode(num, h);152 }153 154 void LFU::deleteData()//容量不足需要删除155 {156     NodeList* p = headList->next;157     Node* q = p->head->next;//删除子链表排在最前面的数据158     if (q == p->tail)//要删除的数据就是最后一个数据，则删除该节点和子链表159         deleteNode(q->num, p);160     else161     {162         p->head->next = q->next;163         q->next->pre = p->head;164     }165     dataMap.erase(q->key);//删除记录166     delete q;//删除167     q = nullptr;168 }169 170 171 void Test()172 {173     LFU* f = new LFU(3);174     f->set(1, 11);175     f->set(2, 22);176     f->set(3, 33);177     cout << f->get(4) << endl;178     f->set(4, 44);179     cout << f->get(1) << endl;180     cout << f->get(2) << endl;181     cout << f->get(2) << endl;182     cout << f->get(2) << endl;183     cout << f->get(3) << endl;184     cout << f->get(3) << endl;185     cout << f->get(4) << endl;186     cout << f->get(4) << endl;187     cout << f->get(4) << endl;188     f->set(5, 55);189     cout << f->get(3) << endl;190     cout << f->get(5) << endl;191 192 }