Leetcode: 380. 常数时间插入、删除和获取随机元素

题目描述

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。

insert(val)：当元素 val 不存在时，向集合中插入该项。
remove(val)：元素 val 存在时，从集合中移除该项。
getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有相同的概率被返回。

示例 :

// 初始化一个空的集合。
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomSet.insert(1);

// 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomSet.remove(2);

// 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomSet.insert(2);

// getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomSet.getRandom();

// 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomSet.remove(1);

// 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomSet.insert(2);

// 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。
randomSet.getRandom();

思路

思路1

首先满足插入和删除为O(1)的容器会想到哈希表，然后需要返回集合中的随机数，需要一个增长列表。同时需要满足插入和删除为O(1)可以直接将需要删除的数置于末尾，然后删除，插入不变。在插入和删除过程中需要同时更新哈希表和增长列表。

代码

代码1

class RandomizedSet {

    /** Initialize your data structure here. */
    private HashMap numMap;
    private List nums;
    private Random random;
    
    public RandomizedSet() {
        numMap = new HashMap<>();
        nums = new ArrayList<>();
        random = new Random();
    }
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    public boolean insert(int val) {
        if (numMap.containsKey(val)){
            return false;
        }
        numMap.put(val, nums.size());
        nums.add(val);
        return true;
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    public boolean remove(int val) {
        if (!numMap.containsKey(val)){
            return false;
        }
        int getIndex = numMap.get(val);
        int getNum = nums.get(nums.size() - 1);
        numMap.put(getNum, getIndex);
        nums.set(getIndex, getNum);
        nums.remove(nums.size() - 1);
        numMap.remove(val);
        return true;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    public int getRandom() {
        return nums.get(random.nextInt(nums.size()));
    }
}