[leetcode]LRU Cache （python)

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LRU：最近最久未使用，为了得到这个最新最久的信息，需要一种策略来进行记录，如果加入类似时间戳式的字段，那么每次删除的时候，就必须通过遍历才能得到时间信息，或者对时间戳进行排序，但是无论哪种，都是需要额外的维护，维护成本都比较高。

广泛使用的策略是底层用双端队列来进行维护，双端使得在插入删除时操作更简单。而单单使用双端队列似乎还是不够，比如在get 时，还是需要顺序查找给定的key参数的，所以为了能在O(1) 时间获得key 需要类hash的结构，在python里，就用字典。

接下来的事情是，我们在字典和双端队列里，各保存什么信息呢？

class dqNode:
	def __init__(self, key, val):
		self.val = val
		self.key = key
		self.pre = None
		self.next = None

这样通过字典，我们可以快速的找到 key 所对应的结点，从结点中找到 value 信息。

这样，在对某个key 进行get 或set操作后， 我们就将对应的dqnode 移到 双端队列的头部，表示该结点是最近被访问的，而队尾的就是最近都没被访问的， 或者说距离上次访问时间最久的。这里我们看看可不可以再dqnode里只设val 子段，因为key的信息在字典里有了，考虑到删除的时候，这就不可以了，因为我们可以很简单的在队尾将dqnode 结点删除，但是要删除字典中对应的项就无能为力，因为字典的查找都是基于key的，所以key在dqnode中也要存储。

为了方便操作，我们还是设定一个伪头结点和伪尾结点。

class LRUCache:

    # @param capacity, an integer
	def __init__( self, capacity ):
		self.capacity = capacity
		self.curSize = 0	
		self.keys2valNode = { }   # mapping key to the node that has the value info
		# dqlist to store <key, value> pairs
		self.head = dqNode(-1, -1)
		self.tail = dqNode(-1, -1)
		self.head.next = self.tail
		self.tail.pre = self.head

keys2valNode：是一个字典容器，健值就是key， 对应的val 是存储val所在的dqnode结点。

head，tail：双端队列的头尾指针

class dqNode:
	def __init__(self, key, val):
		self.val = val
		self.key = key
		self.pre = None
		self.next = None

class LRUCache:

    # @param capacity, an integer
	def __init__( self, capacity ):
		self.capacity = capacity
		self.curSize = 0	
		self.keys2valNode = { }   # mapping key to the node that has the value info
		# dqlist to store <key, value> pairs
		self.head = dqNode(-1, -1)
		self.tail = dqNode(-1, -1)
		self.head.next = self.tail
		self.tail.pre = self.head
		
	# util functions 	
	def moveToFirst( self, pnode ):
		# link pnode.pre and pnode.next
		if pnode.pre:
			pnode.pre.next = pnode.next
		if pnode.next:
			pnode.next.pre = pnode.pre
		# move pnode to first
		pnode.next = self.head.next
		if self.head.next:
			self.head.next.pre = pnode
		self.head.next = pnode
		pnode.pre = self.head
		
	def removeLRU( self ):
		pdel = self.tail.pre
		pdel.pre.next = self.tail
		self.tail.pre = pdel.pre
		del self.keys2valNode[ pdel.key ]
		del pdel

	def Insert( self, key, value ):
		newNode = dqNode(key, value)
		# add to dict
		self.keys2valNode[ key ] = newNode
		# insert to first of dqueue
		self.moveToFirst(newNode)
	# @return an integer
	def get(self, key):
		if self.keys2valNode.has_key(key):
			# get the node that has value info.
			pvalue = self.keys2valNode[ key ]
			value =  pvalue.val
			# change pvalue to be recently visited one
			self.moveToFirst( pvalue )
			return value
		else: 
			return -1
        
    # @param key, an integer
    # @param value, an integer
    # @return nothing
	def set( self, key, value ):
		# if has key, just have to change the value
		if self.keys2valNode.has_key( key ):
			self.keys2valNode[ key ].val = value
			self.moveToFirst( self.keys2valNode[ key ] )
		# insert a new key
		# 1) curSize < capacity, just insert
		# 2) curSize == capacity, remove LRU and insert
		else:
			self.Insert(key, value)
			if self.curSize < self.capacity:
				self.curSize += 1
			else:
				self.removeLRU()
	

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