【题目】
LFU也是一个著名的缓存算法,自行了解之后实现LFU中的set 和 get
要求：两个方法的时间复杂度都为O(1)
【题解】
LFU算法与LRU算法很像
但LRU是最新使用的排在使用频率最前面，也就是LRU是通过使用时间进行排序，
使用时间越新，其使用频率越高，而使用时间越久，其使用频率越低，即当空间满时，被删除的概率最大
而LFU是根据使用次数来算使用频率的，使用次数越多，其使用频率越高，使用次数越少，使用频率越低，当空间满时越容易被删除
同样，使用hash_map表和双向链表进行存储；
hash表存储关键词与双向链表的节点地址
而双向链表的数据存储的是使用次数，每种使用次数仍然是一个双向链表，
当put一个数据，则在使用次数为1的链表节点下的链表中按put顺序依次存储
当每get一个数据，若存在，而在相对应使用次数的链表节点中拿出，放在下一个链表节点下，即使用次数 + 1的节点
记住，在相同的使用次数中，是按照使用时间顺序进行存放的，
所以，当空间满时，首先删除大链表的头中的头，即使用次数为1的节点中的头结点【最早放入】，若使用次数都一样，同样是删除该使用次数节点中链表的 头节点
所以，数据存放于链表尾部，数据删除于链表的头部
还有，当某个链表节点为空，则删除，某个链表节点不存在，则新建
比如，当使用次数为2的节点中无数据，则删出该节点，
当有一个新数据的使用次数为2时，发现不存在使用次数为2的节点，那么就应该新建一个节点
【代码】
#pragma once
#include <iostream>
#include <hash_map> using namespace std; struct Node//子链表
{
int key;
int val;
int num;
Node* next;
Node* pre;
Node(int a, int b, int n) :key(a), val(b), num(n), next(nullptr), pre(nullptr) {}
}; struct NodeList//主链表
{
int num;
Node* head;//子链表的头节点
Node* tail;//子链表的尾结点
NodeList* next;
NodeList* pre;
NodeList(int a) :num(a), next(nullptr), pre(nullptr)
{
head = new Node(, , a);//新建一个子链表的头结点
tail = head;
}
}; class LFU
{
public:
LFU(int size) :capacity(size) {}
void set(int key, int value);
int get(int key); private:
void getNode(Node*& p, NodeList*& h);//将节点从子链表中取出
void moveNode(Node*& p, NodeList*& h);//将节点向后移动
void deleteNode(int num, NodeList*& h);//删除子链表
void createNode(Node*p, NodeList*& h);//新建子链表,并插入在主链中
void updataNode(Node*& p, NodeList*& h);//更新函数的使用次数
void deleteData();//容量不足需要删除 private:
int capacity;
NodeList* headList = new NodeList();//主链表的头结点
hash_map<int, Node*>dataMap;//key <——> 真实数据节点地址
hash_map<int, NodeList*>headMap;//次数 <——> 链表头节点地址
}; void LFU::set(int key, int value)
{
if (this->capacity == )
return;
if (dataMap.find(key) != dataMap.end())//已经存在
{
Node* p = dataMap[key];//找到数据节点
NodeList* h = headMap[p->num];//找到头链表节点
p->val = value; updataNode(p, h);//更新数据的使用次数
}
else//如果不存在，则新建
{
if (dataMap.size() >= this->capacity)//容量不足，需要删除数据
deleteData(); Node* p = new Node(key, value, );//使用用一次
dataMap[key] = p;//记录 //将新建节点插入使用1次的子链表中
if (headMap.find() == headMap.end())//当使用1次的子链表不存在
createNode(p, headList);
else
moveNode(p, headMap[]);//插入在使用次数在1的子链表中
}
} int LFU::get(int key)
{
if (dataMap.find(key) == dataMap.end())//数据不存在
return -;
Node* p = dataMap[key];//找到数据节点
NodeList* h = headMap[p->num];
updataNode(p, h); return p->val;
} void LFU::getNode(Node*& p, NodeList*& h)//将节点从子链表中取出
{
p->pre->next = p->next;
if (p->next == nullptr)
h->tail = p->pre;
else
p->next->pre = p->pre;
} void LFU::moveNode(Node*& p, NodeList*& q)//将节点向后移动
{
p->next = q->tail->next;
q->tail->next = p;
p->pre = q->tail;
q->tail = p;
} void LFU::deleteNode(int num, NodeList*& h)//删除子链表
{
headMap.erase(num);//从map中删除
h->pre->next = h->next;
if (h->next != nullptr)
h->next->pre = h->pre;
delete h;
h = nullptr;
} void LFU::createNode(Node*p, NodeList*& h)//新建子链表,并插入在主链中
{
NodeList* q = new NodeList(p->num);//新建一个子链表
headMap[p->num] = q;//保存对应的地址 moveNode(p, q);////将节点放入子链表中 //将新子链插入主链表中
q->next = h->next;
if (h->next != nullptr)
h->next->pre = q;
h->next = q;
q->pre = h;
} void LFU::updataNode(Node*& p, NodeList*& h)//更新函数的使用次数
{
int num = p->num;
p->num++;//使用次数+1 //将p从子链表中取出
getNode(p, h); //将该数据向后面移动
if (headMap.find(p->num) == headMap.end())//不存在num+1的节点,那么新建
createNode(p, h);
else
moveNode(p, headMap[p->num]);////将节点放入子链表中 //如果该子链表为空，将该子链表删除,并从map中删除
if (h->head == h->tail)
deleteNode(num, h);
} void LFU::deleteData()//容量不足需要删除
{
NodeList* p = headList->next;
Node* q = p->head->next;//删除子链表排在最前面的数据
if (q == p->tail)//要删除的数据就是最后一个数据，则删除该节点和子链表
deleteNode(q->num, p);
else
{
p->head->next = q->next;
q->next->pre = p->head;
}
dataMap.erase(q->key);//删除记录
delete q;//删除
q = nullptr;
} void Test()
{
LFU* f = new LFU();
f->set(, );
f->set(, );
f->set(, );
cout << f->get() << endl;
f->set(, );
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl;
f->set(, );
cout << f->get() << endl;
cout << f->get() << endl; }