变长数组 + 哈希表解决“O(1) 时间插入、删除和获取随机元素”问题

十一、O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

11.1、题设要求

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。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/insert-delete-getrandom-o1

11.2、解题思路

1. 先定义一个List存放values和map存放(val,index);

2. 在RandomizedSet中将定义的List和map初始化；

3. 在insert中，先判断map中是否存在val，存在则为false，不存在则将val添加到values并更新map；

4. 在remove中，先判断map中是否存在val，不存在则为false，存在则搜索出val在map中的index，再将需要删除的元素移到末尾，然后移除values最后一位元素，最后将map更新并删除即可；

5. 在getRandom中，先引入random库函数，最后随机取出一个数的index并返回即可。

  使用Map的containsKey()方法来检测数据(value)是否存在，如果key存在，则表明已经获取过一次数据，那么直接返回该 Key 在Map中的值，不管是否为nul都直接返回；如果key不存在，则去生成或者获取数据，并放入到Map中，并返回该数据。

11.3、算法

class RandomizedSet {
    //array存放的是所有的values
    List<Integer> values;
    //map里面存放的是val和values存放的下标index之间的关系(val,index)
    Map<Integer,Integer> map; 

    //初始化
    public RandomizedSet() {
        values = new ArrayList();
        map = new HashMap();
    }
    
    //插入操作
    public boolean insert(int val) {
        //如果map中已经存在val,返回false
        if(map.containsKey(val)){
            return false;
        }
        //先将val添加到values
        values.add(val);
        //再更新map
        map.put(val,values.size()-1);
        return true;
    }
    
    //删除操作
    public boolean remove(int val) {
        //如果map中不包含val，返回false
        if(!map.containsKey(val)){
            return false;
        }
        //搜索val在map中的index
        int index = map.get(val);
        //将需要删除的元素移到末尾再删除,否则就会出现数据搬移
        int last = values.get(values.size()-1);
        values.set(index,last);
        //移除values最后一位元素
        values.remove(values.size()-1);
        //在map中更新
        map.put(last,index);
        //在map中删除
        map.remove(val);
        return true;
    }
    
    public int getRandom() {
        //先引入random的库函数
        Random random = new Random();
        //最后随机取出一个数的index并返回即可
        return values.get(random.nextInt(values.size()));
    }
}

/**
 * Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedSet obj = new RandomizedSet();
 * boolean param_1 = obj.insert(val);
 * boolean param_2 = obj.remove(val);
 * int param_3 = obj.getRandom();
 */

参考视频：B站up主Ronan0

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