380 O(1)时间插入、删除和获取随机元素

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LeetCode 380 O(1)时间插入、删除和获取随机元素

描述

设计一个 RandomizedSet 类，支持以下操作：

• 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。

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 * 10^5 次
• 在调用 getRandom 方法时，数据结构中至少存在一个元素。

思路

用一个 Map 存储已有的值（key）和其在 Stack 中的下标（value）。
添加时记录当前最后的下标（index）。
删除时查找其下标，与 Stack 最后的元素交换，然后通过 pop 直接删除元素，index--。
随机通过 Random 类，传入 Stack 的 size 进行随机取数。

代码实现

class RandomizedSet {
    private final Map<Integer, Integer> valMap = new HashMap<>();
    private List<Integer> stack = new ArrayList<>();
    private Random random = new Random();

    public RandomizedSet() {
    }

    public boolean insert(int val) {
        if (valMap.containsKey(val)) {
            return false;
        } else {
            stack.add(val);
            valMap.put(val, stack.size() - 1);
            return true;
        }
    }

    public boolean remove(int val) {
        if (valMap.containsKey(val)) {
            int deletedIndex = valMap.get(val);
            int lastElement = stack.get(stack.size() - 1);
            stack.set(deletedIndex, lastElement);
            valMap.put(lastElement, deletedIndex);
            stack.remove(stack.size() - 1);
            valMap.remove(val);
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public int getRandom() {
        return stack.get(random.nextInt(stack.size()));
    }
}