LeetCode-380 O(1)时间插入、删除和获取随机元素

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/insert-delete-getrandom-o1

题目描述

实现RandomizedSet 类：

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。
你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 * 10⁵ 次
在调用 getRandom 方法时，数据结构中 至少存在一个 元素。

解题思路

对于O(1)时间插入和删除，优先考虑哈希表，但是哈希表无法实现随机获取元素，对应连续数组来说，O(1)时间随机获取元素和插入没有问题，但是删除很难达到O(1)的时间，所以将两个数据结构组合一下，在哈希表中存入val在数组中的下标。

对于插入操作，如果哈希表存在val则返回false，否则val插入数组，同时记录数组下标在哈希表中。

对于删除操作，如果哈希表不存在val则返回false，否则将val和数组最后一个元素交换，同时哈希表中两者的下标也进行交换，然后删除哈希表中的val项和数组中的最后一项。

对于随机读取操作，由于数组连续的，所以随机产生一个[0,size)的下标，读取数组中对应位置就可以了。

代码展示

class RandomizedSet {
public:
    int iSize;
    vector<int> viVal;
    unordered_map<int, int> hiiValAndIndex;
    RandomizedSet() {
        srand((unsigned)time(NULL));
        iSize = 0;
        viVal.resize(0);
        hiiValAndIndex.clear();
    }

    bool insert(int val) {
        if(hiiValAndIndex.find(val) != hiiValAndIndex.end())
            return false;
        viVal.push_back(val);
        hiiValAndIndex[val] = iSize;
        iSize++;
        return true;
    }

    bool remove(int val) {
        if(hiiValAndIndex.find(val) == hiiValAndIndex.end())
            return false;
        int iTemp = viVal[iSize - 1];
        hiiValAndIndex[iTemp] = hiiValAndIndex[val];
        viVal[hiiValAndIndex[iTemp]] = iTemp;
        viVal.pop_back();
        hiiValAndIndex.erase(val);
        iSize--;
        return true;
    }

    int getRandom() {

        int x = rand() % iSize;
        return viVal[x];
    }
};

/**
 * Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedSet* obj = new RandomizedSet();
 * bool param_1 = obj->insert(val);
 * bool param_2 = obj->remove(val);
 * int param_3 = obj->getRandom();
 */

运行结果