1. 题目

设计并实现最不经常使用（LFU）缓存的数据结构。它应该支持以下操作：get 和 put。

• get(key) - 如果键存在于缓存中，则获取键的值（总是正数），否则返回 -1。
• put(key, value) - 如果键不存在，请设置或插入值。
• 当缓存达到其容量时，它应该在插入新项目之前，使最不经常使用的项目无效。
• 在此问题中，当存在平局（即两个或更多个键具有相同使用频率）时，最近最少使用的键将被去除。

进阶：
你是否可以在 O(1) 时间复杂度内执行两项操作？

示例：
LFUCache cache = new LFUCache( 2 /* capacity (缓存容量) */ );
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1);       // 返回 1
cache.put(3, 3);    // 去除 key 2
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到key 2)
cache.get(3);       // 返回 3
cache.put(4, 4);    // 去除 key 1
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到 key 1)
cache.get(3);       // 返回 3
cache.get(4);       // 返回 4

来源：力扣（LeetCode）
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2. 解题

• 类似题目：LeetCode 146. LRU缓存机制（哈希链表）

class node{
public:
	int k, v, f;
	node(int key, int val, int freq):k(key),v(val),f(freq){}
};

class LFUCache {
	unordered_map<int, list<node>::iterator> kPos;//key 对应的节点迭代器位置
    unordered_map<int, list<node>> freq_list;//不同的频数下挂着一条双链表，尾部是最少使用的
    int cap;
    int minfreq;//最小的频数
    int size;
public:
    LFUCache(int capacity) {
    	cap = capacity;
    	minfreq = 0;
    	size = 0;
    }
    
    int get(int key) {
    	if(kPos.find(key)==kPos.end())
    		return -1;
    	auto it = kPos[key];//找到对应的迭代器
    	int f = it->f;
    	int v = it->v;
    	if(f == minfreq && freq_list[f].size() == 1)
    		minfreq++;//最小的频数的节点只有1个，被移走了，最小频数+1
    	freq_list[f].erase(it);//删除
    	freq_list[++f].push_front(node(key,v,f));//新频数链表加入新节点
    	kPos[key] = freq_list[f].begin();//记录迭代器位置
    	return v;
    }
    
    void put(int key, int value) {
    	if(kPos.find(key)!=kPos.end())
    	{	//存在key
    		auto it = kPos[key];
			int f = it->f;
			if(f == minfreq && freq_list[f].size()==1)
				minfreq++;
			freq_list[f].erase(it);
			freq_list[++f].push_front(node(key,value,f));
			kPos[key] = freq_list[f].begin();
    	}
    	else if(size < cap)//不存在key，但还可插入
    	{
			minfreq = 1;//新插入的只有1次
			freq_list[minfreq].push_front(node(key,value,1));
			kPos[key] = freq_list[1].begin();
			size++;
    	}
    	else if(cap != 0 && size == cap)//不存在key，且满了，且容量不为0
    	{
    		auto Node = freq_list[minfreq].back();
    		int k = Node.k;
    		freq_list[minfreq].pop_back();//频数最小的链表末尾的删除
    		kPos.erase(k);//删除末尾key对应的迭代器
    		size--;
    		put(key, value);
    	}
    }
};

228 ms 40 MB