其他题目---设计可以变更的缓存结构

【题目】

　　设计一种缓存结构，该结构在构造时确定大小，假设大小为K，并有两个功能：

• set(key, value)：将记录(key, value)插入该结构
• get(key)：返回key对应的value值

【要求】

1. set和get的时间复杂度为O(1)
2. 某个key的set或get操作一旦发生，认为这个key的记录成了最经常使用的
3. 当缓存的大小超过K时，移除最不经常使用的记录，即set或get最久远的

【基本思路】

　　这种缓存结构可以由双端队列与哈希表结合的方式实现。首先实现一个基本的双向链表节点结构，如下：

#python3.5class Node:    def __init__(self, value):        self.value = value        self.pre = None        self.next = None

　　根据双向链表节点结构Node，实现一种双向链表结构DoubleLinkedList，在该结构中优先级最低的是头节点head，优先级最高的是尾节点Tail。这个结构有以下三种操作：

1. addNode。加入一个节点，并将该节点设置成链表的尾部
2. moveNodeToTail。对链表中的任意一个节点，可以分离出来并放到整个链表的尾部。
3. removeHead。移除链表的头节点，并将head设置为head.next。

具体实现如下：

class DoubleLinkedList:    def __init__(self):        self.head = None        self.tail = None    def addNode(self, newNode):        if newNode == None:            return        if self.head == None:            self.head = newNode            self.tail = newNode        else:            self.tail.next = newNode            newNode.pre = self.tail            self.tail = newNode    def moveNodeToTail(self, node):        if node == None:            return        if node == self.tail:            return        if node == self.head:            self.head = node.next            self.head.pre = None        else:            node.pre.next = node.next            node.next.pre = node.pre        self.tail.next = node        node.next = None        node.pre = self.tail        self.tail = node    def removeHead(self):        if self.head == None:            return None        res = self.head        if self.head == self.tail:            self.head == None            self.tail == None        else:            self.head = res.next            self.head.pre = None            res.next = None        return res

　　最后实现最终的缓冲结构。如何把记录之间按照“访问经常度”来排序，就是上文提到的DoubleLinkedList结构。一旦有新的记录，直接放到链表的尾部。一旦获得(get)或设置(set)一个记录，就直接将该key对应的node调整到链表尾部。cache一旦满了，就删除链表的头节点所表示的记录。
　　为了得到key -> node以及node -> key的关系，使用两个哈希表来建立两者之间的映射关系。

【代码实现】

#python3.5class Node:    def __init__(self, value):        self.value = value        self.pre = None        self.next = Noneclass DoubleLinkedList:    def __init__(self):        self.head = None        self.tail = None    def addNode(self, newNode):        if newNode == None:            return        if self.head == None:            self.head = newNode            self.tail = newNode        else:            self.tail.next = newNode            newNode.pre = self.tail            self.tail = newNode    def moveNodeToTail(self, node):        if node == None:            return        if node == self.tail:            return        if node == self.head:            self.head = node.next            self.head.pre = None        else:            node.pre.next = node.next            node.next.pre = node.pre        self.tail.next = node        node.next = None        node.pre = self.tail        self.tail = node    def removeHead(self):        if self.head == None:            return None        res = self.head        if self.head == self.tail:            self.head == None            self.tail == None        else:            self.head = res.next            self.head.pre = None            res.next = None        return resclass MyCache:    def __init__(self, capacity):        self.nodeKeyMap = {}        self.keyNodeMap = {}        self.capacity = capacity        self.nodeList = DoubleLinkedList()    def get(self, key):        if key in self.keyNodeMap:            res = self.keyNodeMap[key]            self.nodeList.moveNodeToTail(res)            return res.value        return None    def set(self, key, value):        if key in self.keyNodeMap:            node = self.keyNodeMap[key]            node.value = value            self.nodeList.moveNodeToTail(node)        else:            node = Node(value)            self.keyNodeMap[key] = node            self.nodeKeyMap[node] = key            self.nodeList.addNode(node)            if len(self.keyNodeMap) == self.capacity + 1:                self.removeMostUnusedCache()    def removeMostUnusedCache(self):        node = self.nodeList.removeHead()        key = self.nodeKeyMap[node]        del self.keyNodeMap[key]        del self.nodeKeyMap[node]