LeetCode-432 全O(1)的数据结构

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/all-oone-data-structure

题目描述

请你设计一个用于存储字符串计数的数据结构，并能够返回计数最小和最大的字符串。

实现 AllOne 类：

AllOne() 初始化数据结构的对象。
inc(String key) 字符串 key 的计数增加 1 。如果数据结构中尚不存在 key ，那么插入计数为 1 的 key 。
dec(String key) 字符串 key 的计数减少 1 。如果 key 的计数在减少后为 0 ，那么需要将这个 key 从数据结构中删除。测试用例保证：在减少计数前，key 存在于数据结构中。
getMaxKey() 返回任意一个计数最大的字符串。如果没有元素存在，返回一个空字符串 "" 。
getMinKey() 返回任意一个计数最小的字符串。如果没有元素存在，返回一个空字符串 "" 。

示例：

输入
["AllOne", "inc", "inc", "getMaxKey", "getMinKey", "inc", "getMaxKey", "getMinKey"]
[[], ["hello"], ["hello"], [], [], ["leet"], [], []]
输出
[null, null, null, "hello", "hello", null, "hello", "leet"]

解释
AllOne allOne = new AllOne();
allOne.inc("hello");
allOne.inc("hello");
allOne.getMaxKey(); // 返回 "hello"
allOne.getMinKey(); // 返回 "hello"
allOne.inc("leet");
allOne.getMaxKey(); // 返回 "hello"
allOne.getMinKey(); // 返回 "leet"

提示：

1 <= key.length <= 10
key 由小写英文字母组成
测试用例保证：在每次调用 dec 时，数据结构中总存在 key
最多调用 inc、dec、getMaxKey 和 getMinKey 方法 5 * 10⁴ 次

解题思路

题目难点在于要将操作的时间复杂度全部变为O(1)，对于修改来说，很容易想到哈希表，但是哈希表的查询最大值最小值的时间复杂度并不是O(1)，查询最大值和最小值的时间复杂度为O(1)的很容易想到优先队列，但是优先队列的修改时间复杂度并不是O(1),所以，这里使用一个递增的双向链表来记录所有数据，当查询最小值返回链表头，查询最大值返回链表尾，并且通过哈希表将链表结点和key值绑定，使得修改时候可以在O(1)时间内找到结点，结点内容存储的是一个set，这样可以将相同计数的结点合成一个结点，将修改的过程缩短到O(1)的时间复杂度。注意在修改时候，分类处理未出现过的key和已出现的key，还有计数为0的key。

代码展示

class AllOne {
public:
    list<pair<unordered_set<string>, int>> NodeList;
    unordered_map<string, list<pair<unordered_set<string>, int>>::iterator> mapstriterMap;
    AllOne() {

    }

    void inc(string key) {
        if(mapstriterMap.count(key))
        {
            auto curIter = mapstriterMap[key];
            auto nextIter = next(curIter);
            if(nextIter == NodeList.end() || curIter->second + 1  < nextIter->second)
            {
                unordered_set<string> node{key};
                mapstriterMap[key] = NodeList.emplace(nextIter, node, curIter->second + 1);
            }
            else
            {
                nextIter->first.emplace(key);
                mapstriterMap[key] = nextIter;
            }
            curIter->first.erase(key);
            if(curIter->first.empty())
                NodeList.erase(curIter);
        }
        else
        {
            if(NodeList.empty() || NodeList.begin()->second != 1)
            {
                unordered_set<string> node{key};
                NodeList.emplace_front(node, 1);
            }
            else
            {
                NodeList.begin()->first.emplace(key);
            }
            mapstriterMap[key] = NodeList.begin();
        }
    }

    void dec(string key) {
       if(mapstriterMap.count(key))
        {
            auto curIter = mapstriterMap[key];
            auto prevIter = prev(curIter);
            if(curIter == NodeList.begin())
            {
                if(curIter->second - 1 <= 0)
                {
                    mapstriterMap.erase(key);
                }
                else
                {
                unordered_set<string> node{key};
                NodeList.emplace_front(node, curIter->second - 1);
                mapstriterMap[key] = NodeList.begin();
                }
            }
            else if(curIter->second - 1  > prevIter->second)
            {
                unordered_set<string> node{key};
                mapstriterMap[key] = NodeList.emplace(curIter, node, curIter->second - 1);
            }
            else
            {
                prevIter->first.emplace(key);
                mapstriterMap[key] = prevIter;
            }
            curIter->first.erase(key);
            if(curIter->first.empty())
                NodeList.erase(curIter);
        }
    }

    string getMaxKey() {
        return NodeList.empty()? "" : *NodeList.rbegin()->first.begin();
    }

    string getMinKey() {
        return NodeList.empty()? "" : *NodeList.begin()->first.begin();
    }
};

/**
 * Your AllOne object will be instantiated and called as such:
 * AllOne* obj = new AllOne();
 * obj->inc(key);
 * obj->dec(key);
 * string param_3 = obj->getMaxKey();
 * string param_4 = obj->getMinKey();
 */

运行结果