数据结构:LRUCache

news2024/11/27 9:40:20

什么是LRUCache

首先我们来看看什么是cache

缓存(Cache)通常用于两个速度不同的介质之间,以提高数据访问的速度和效率。这里有几个典型的应用场景:

  1. 处理器和内存之间: 处理器(CPU)的运算速度远快于从内存中读取数据的速度。因此,在CPU和内存之间会有多级缓存(L1、L2、甚至L3缓存),用来临时存储即将被CPU使用的数据和指令。这样做可以大幅减少CPU等待数据的时间,提高整体计算效率。
  2. 内存和硬盘之间: 内存的访问速度也远快于硬盘(无论是HDD还是SSD)。操作系统会使用一部分内存作为硬盘缓存(有时称为“磁盘缓存”或“缓冲区缓存”),用于临时存储最近访问过的数据和文件。当再次请求这些数据时,可以直接从内存中获得,而不是从较慢的硬盘中读取。
  3. 数据库系统中: 数据库管理系统(DBMS)也会使用缓存技术来提高查询速度和数据处理效率。缓存可以存储经常访问的查询结果、数据库索引等信息,从而加速后续相同或相似查询的处理速度。
  4. 网络请求: 在网络请求中,缓存也是提高数据访问速度的重要技术。例如,Web浏览器会缓存访问过的网页资源(如HTML文件、图片等),当再次访问这些资源时,可以直接从本地缓存读取,而不需要重新从网络下载。

cache的核心作用是作为一组缓冲区来降低不同介质之间的速度差异。

那么问题来了,cache满了怎么办?

显然,满了就需要删除掉旧的,替换进去新的内容。

但是该如何替换呢?也就是替换策略是什么样的呢?

目前,最常用的替换策略就是LRU(Least Recently Used),意思是最近最少使用,也就是当cache满了以后,用新的数据替换最近最少使用的数据。

顾名思义,LRUCache就是采用LRU替换策略的cache


LRUCache的实现

LRUCache的实现,我们以一道leetcode的题目为例

传送门:leetcode链接
在这里插入图片描述


cache需要实现的功能主要有查找和插入

想要实现LRUCache的功能是很简单的,但是,想要实现高效的LRUCache并不简单。

所谓高效,我们定义为,插入和查找的时间复杂度都达到O(1)


LRUCache的结构(核心

想要查找和插入的时间复杂度为O(1),很显然想到hash表
但是如何实现LRU策略呢?

这里,我们的方法是使用一个list容器

当一个数据被使用之后,立即提到list的头部
这样,list的尾的数据,就是LRU的,即最近最少使用的。

所以,我们的结构真的是下面的样子吗?

class LRUCache
{
private:
    unordered_map<int,int> _hash;
    list<pair<int,int>> _list;
    int _capacity;
};

来,我们思考一下
当我们要修改一个数据的时候,我们是不是要先找到,才能修改
hash表中查找很简单,但是list中查找需要遍历一遍,时间复杂度是O(N),显然,就违背了我们高效的初衷。

那怎么办呢?
LRU没办法实现高效的设计吗?

前人给出了天才般的设计。

class LRUCache {
private:
    unordered_map<int,list<pair<int,int>>::iterator> _hash;//通过迭代器可以实现
                                                           //链表的O(1)的查找
    list<pair<int,int>> _list;//链表的查找是O(N),直接使用链表不行
    int _capacity;
};

在原来的设计中,hash和list中都存了value,这显然浪费了呀,凭啥要存两次啊,脸大吗?

所以在新的设计中
我们hash表的value不存真正的value,而是存list的迭代器。
这样,list的查找我们就可以借助hash来完成,就将list查找的时间复杂度降到了O(1)

当然这样的设计维护起来肯定是要稍微麻烦一点的,一点修改,就需要两个容器同时维护。


LRUCache的查找

int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回 -1 。

有一处细节需要注意
当我们找到了数据后,代表着这条数据已经使用过,就需要将他提到list的头部,同时hash也要对应修改

其余非常简单,直接看代码即可

int get(int key) 
{
        auto it = _hash.find(key);

        if(it != _hash.end())
        {
            _list.splice(_list.begin(),_list,it->second);
            _hash[key] = _list.begin();
            return (it->second)->second;
        }
        else
            return -1;
}

LRUCache的插入

void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在,则变更其数据值 value ;如果不存在,则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ,则应该 逐出 最久未使用的关键字。

如果key已经存在,那就直接更新即可,更新完后,提到list的头部。
如果key不存在,那就直接插入即可,
1. LRUCache满了,尾删,然后头插
2. LRUCache没满,直接头插

更新list的同时要一起更新hash表

void put(int key, int value) 
{
        auto it = _hash.find(key);

        if(it != _hash.end())//找到了,直接更新即可
        {
            it->second->second = value;
            _list.splice(_list.begin(),_list,it->second);
        }
        else//没找到,要新插入
        {
            if(_list.size() == _capacity)//把最近不使用的元素删除掉
            {
                pair<int,int> back = _list.back();
                _list.pop_back();
                _hash.erase(back.first);
            }
            _list.push_front({key,value});
            _hash[key] = _list.begin();       
        }
}

完整代码

class LRUCache {
private:
    unordered_map<int,list<pair<int,int>>::iterator> _hash;//通过迭代器可以实现
                                                           //链表的O(1)的查找
    list<pair<int,int>> _list;//链表的查找是O(N),直接使用链表不行
    int _capacity;
public:
    LRUCache(int capacity) {
        _capacity = capacity;
    }
    
    int get(int key) {
        auto it = _hash.find(key);

        if(it != _hash.end())
        {
            _list.splice(_list.begin(),_list,it->second);
            _hash[key] = _list.begin();
            return (it->second)->second;
        }
        else
            return -1;
    }
    
    void put(int key, int value) {
        auto it = _hash.find(key);

        if(it != _hash.end())//找到了,直接更新即可
        {
            it->second->second = value;
            _list.splice(_list.begin(),_list,it->second);
        }
        else//没找到,要新插入
        {
            if(_list.size() == _capacity)//把最近不使用的元素删除掉
            {
                pair<int,int> back = _list.back();
                _list.pop_back();
                _hash.erase(back.first);
            }
            _list.push_front({key,value});
            _hash[key] = _list.begin();       
        }
    }
};

/**
 * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
 * LRUCache* obj = new LRUCache(capacity);
 * int param_1 = obj->get(key);
 * obj->put(key,value);
 */

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2233650.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

智能提醒助理系列-springboot项目彩虹日志+TraceID

本系列文章记录“智能提醒助理”产品建设历程&#xff0c;记录实践经验、巩固知识点、锻炼总结能力。 本篇介绍如何让springboot启动日志“彩打” 提升日志识别度&#xff0c;同时增加TraceID&#xff0c;便于同一请求&#xff0c;全链路的追踪。 一、需求出发点 提升日志识别度…

窨井监测遥测终端RTU IP68防水强信号穿透力

在窨井的潮湿 黑暗和腐蚀性环境中 常规物联网设备往往难以生存 如何突破层层环境挑战 轻松应对极端条件 确保信号 24h不掉线&#xff0c;不延迟 不仅是对技术的突破 更是对恶劣环境的征服 ↓↓↓ 坚守 ——严苛环境下的工业设备 计讯物联工业级设备&#xff0c;专为恶劣环境设计…

150道MySQL高频面试题,学完吊打面试官--如何实现索引机制

前言 本专栏为150道MySQL大厂高频面试题讲解分析&#xff0c;这些面试题都是通过MySQL8.0官方文档和阿里巴巴官方手册还有一些大厂面试官提供的资料。 MySQL应用广泛&#xff0c;在多个开发语言中都处于重要地位&#xff0c;所以最好都要掌握MySQL的精华面试题&#xff0c;这也…

基于Matlab 模拟停车位管理系统【源码 GUI】

系统对进入停车位的车辆进行车牌识别&#xff0c;将识别出来的车牌号显示出来&#xff1b;然后对车主进行人脸识别&#xff0c;框出车主照片的人脸部分作为车主信息的标记&#xff0c;记录在系统库中。车辆在库期间&#xff0c;系统使用者可以随意查看车辆与车主信息的获取过程…

微信小程序 https://pcapi-xiaotuxian-front-devtest.itheima.net 不在以下 request 合法域名

微信小程序在调用接口的时候出现以上报错&#xff0c;接口没有问题&#xff0c;是因为小程序自动校验了合法域名 打开本地设置&#xff1a; 勾选不校验合法域名&#xff0c;即可 效果如下&#xff1a;

数据治理,数据提取,大数据中心建设,大数据治理总体解决方案书(word,ppt原件)

1. 数据管理的现状 2. 数据治理的概述 1.1数据治理概念 2.2数据治理目标 3. 数据治理体系 4. 数据治理核心领域 1.1 数据模型 1.2 数据生命周期 &#xff08;1&#xff09;数据生成及传输 &#xff08;2&#xff09;数据存储 &#xff08;3&#xff09;数据处理和应用…

电机控制储备知识 二:电磁学理论知识

一&#xff1a;磁场的发现过程和和一些实验现象 古代发现&#xff1a;公元前七世纪&#xff0c;中国和古希腊的学者就已经发现了磁石。 吉尔伯特的研究&#xff1a;1600年&#xff0c;英国女王御臣威廉吉尔伯特&#xff08;William Gilbert&#xff09;发表了《地磁论》&#…

Java:数组的定义和使用(万字解析)

目录 1. 数组的概念 2. 数组的基础知识 2.1 数组的创建 \1. 基础创建格式&#xff1a; \2. 类似C语言的创建格式&#xff1a; 【错误的创建(初始化)格式】 2.2 数组的数据类型 2.3 数组的初始化 —— 两种方式 \1.动态初始化&#xff1a;(完全默认初始化) \2. 静态初…

ProLightsfx新的出发–从CSDN到WordPress

原文链接&#xff1a;ProLightsfx新的出发--从CSDN到WordPress_ProLightsfx的技术分享 &#xff08;https://www.prolightsfxjh.com/article/article-new-start/&#xff09; 大概有差不多2年时间没有在csdn发布文章了。可能主要是最近几年工作有些疲惫、精神有些懈怠&#xff…

【react】Redux基础用法

1. Redux基础用法 Redux 是一个用于 JavaScript 应用的状态管理库&#xff0c;它不依赖于任何 UI库&#xff0c;但常用于与 React 框架配合使用。它提供了一种集中式的状态管理方式&#xff0c;将应用的所有状态保存在一个单一的全局 Store&#xff08;存储&#xff09;中&…

VMware虚拟机Debian扩展磁盘

一、 版本 VMware&#xff1a;Workstation 17 Pro虚拟机&#xff1a;Debian11 二、 VMware虚拟机扩展 虚拟机关机状态快照或者备份&#xff1a;以免扩容失败导致文件丢失虚拟机——设置——硬盘——磁盘使用工具——扩展——扩展磁盘容量——设置为想要的大小 三、 虚拟机…

软件设计师-上午题-16 算法(4-5分)

算法题号一般为62-65题(数据结构与算法题号为57-65&#xff0c;共9分)&#xff0c;分值一般为4-5分。 目录 1 回溯法 1.1 N皇后问题 1.2 非递归求解N皇后问题 1.3 递归求解N皇后问题 1.4 真题 2 分治法 2.1 最大字段和问题 2.2 真题 3 动态规划 3.1 0-1背包问题 3.…

【react如何在chrome浏览器里面调试?】

react如何在chrome浏览器里面调试&#xff1f; 1. 首先在在工作区关联源码 2. 安装react的chrome插件。 3. 切换到插件的标签&#xff0c;然后选中你要调试的页面元素&#xff0c;再点击右边的按钮&#xff0c;切换到对应的源码 4. 可以在源码任意位置打断点运行。

【Mysql NDB Cluster 集群(CentOS 7)安装笔记一】

Mysql NDB Cluster 集群(CentOS 7)安装笔记 NDB集群核心概念 NDBCLUSTER(也称为NDB)是一个内存存储引擎,提供高可用性和数据保存功能。 NDBCLUSTER存储引擎可以配置一系列故障转移和负载平衡选项,但从集群级别的存储引擎开始是最容易的。NDB集群的NDB存储引擎包含一整套…

在Microsoft Outlook日历中添加多个时区

在Microsoft Outlook日历中添加多个时区 1.单击Outlook中的文件选项卡&#xff0c;单击选项 2.左侧菜单中选择日历 3.向下滚动到时区部分&#xff0c;并标记当前时区&#xff0c;比如China 4.选中“显示第二个时区”框 5.选择第二个时区并给它一个标签&#xff0c;比如Germa…

考公人数攀升?地信、测绘、地质、遥感等专业,能报考哪些单位

近年来&#xff0c;考公人数持续飙升&#xff0c;国考报名人数更逐年攀升。2025年国家公务员考试共有341.6万人通过资格审查&#xff0c;报录比达86:1。国考报名人数再创新高。 国家公务员考试时间安排 地理学相关岗位分析 地信属于地理科学类&#xff0c;测绘类中不包括地信&…

大华乐橙设备私有平台EasyCVR视频设备轨迹回放平台支持哪些摄像机?摄像机如何选型?

在现代安全监控系统中&#xff0c;视频监控设备扮演着至关重要的角色。视频设备轨迹回放平台EasyCVR以其卓越的兼容性和灵活性&#xff0c;支持接入多种品牌和类型的摄像机。这不仅为用户提供了广泛的选择空间&#xff0c;也使得视频监控系统的构建和管理变得更加高效和便捷。本…

PyCharm中pylint安装与使用

目录 1. 安装插件2. pycharm中使用该功能3. 命令行使用 1. 安装插件 然后重启 2. pycharm中使用该功能 3. 命令行使用 前提是先 pip install pylint pylint demo01.py下面红框内容的意思是&#xff0c;得到10分/ 满分10分&#xff0c;上次运行获得8.33分&#xff0c;经调整…

客户服务数据分析:洞察客户需求,优化服务策略

在数字经济时代&#xff0c;数据已成为企业决策的重要依据。特别是在客户服务领域&#xff0c;通过深度挖掘和分析客户服务数据&#xff0c;企业能够更精准地洞察客户需求&#xff0c;优化服务策略&#xff0c;从而提升客户满意度和忠诚度&#xff0c;增强市场竞争力。 一、客户…

【Python】Python自习课:第一个python程序

【Python】Python自习课&#xff1a;第一个python程序 示例