Insert Delete GetRandom O(1)

问题描述

Design a data structure that supports all following operations in average O(1) time.
insert(val): Inserts an item val to the set if not already present.
remove(val): Removes an item val from the set if present.
getRandom: Returns a random element from current set of elements. Each element must have the same probability of being returned.

Example:

// Init an empty set.
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// Inserts 1 to the set. Returns true as 1 was inserted successfully.
randomSet.insert(1);

// Returns false as 2 does not exist in the set.
randomSet.remove(2);

// Inserts 2 to the set, returns true. Set now contains [1,2].
randomSet.insert(2);

// getRandom should return either 1 or 2 randomly.
randomSet.getRandom();

// Removes 1 from the set, returns true. Set now contains [2].
randomSet.remove(1);

// 2 was already in the set, so return false.
randomSet.insert(2);

// Since 1 is the only number in the set, getRandom always return 1.
randomSet.getRandom();

问题分析

题目是需要我们设计一个支持以下操作的数据结构，并且执行时间需要在O(1)时间内：

insert(val)：当val不存在时在集合中插入数据，如果成功插入了，返回true；否则返回false
remove(val)：当val存在时删除集合中的val，如果成功删除了，返回true；否则返回false
返回集合中的一个随机数据，每一个元素必须有被获取的相同的可能性

既然是O(1)，那最合适的用来存储数据的集合就是Hash表了。而同时要求插入数据时如果数据已经存在，就不执行插入操作。
很显然，这个数据在集合（集合的特性之一也是元素互异）中是唯一的，那么我们可以就使用这个数据作为key，然后用一个递增的变量作为value就可以实现了。

当时没想到，使用map实现后才想起原来可以直接用set（集合），所以就用set又实现了一次，也通过了，且时间缩短了将近一半！

代码实现

Map实现：

class RandomizedSet {
	map<int,int> values;
	int cur; 
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    RandomizedSet() {
       cur=0; 
    }
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    bool insert(int val) {
        if(values.find(val) != values.end()) {
    		return false;
		}
    	values[val] = cur;
		cur++;	
    	return true;
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    bool remove(int val) {
		if(values.find(val) != values.end()) {
			map<int, int>::iterator it;
			map<int, int>::iterator saveIt;
			for(it=values.begin();it!=values.end();it++) {
				if(it->first==val) {
					saveIt = it;
					break;
				}
			}
			values.erase(it);
			return true;
		}
		return false;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    int getRandom() {
        int r = rand()% values.size();
        map<int, int>::iterator it;
        int i=0;
		for(it=values.begin();it!=values.end();it++) {
			if(i==r) {
				return it->first;
			}
			i++;
		}
        return 0;
    }
};

set实现

class RandomizedSet {
	set<int> values;
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    RandomizedSet() {
       
    }
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    bool insert(int val) {
    	if(values.find(val) != values.end()) {
    		return false;
		}
    	values.insert(values.begin(), val);
		return true;
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    bool remove(int val) {
		if(values.find(val) != values.end()) {
			values.erase(val);
			return true;
		}
		return false;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    int getRandom() {
        int r = rand()% values.size();
        set<int>::iterator it;
        int i=0;
		for(it=values.begin();it!=values.end();it++) {
			if(i==r) {
				return *it;
			}
			i++;
		}
        return 0;
    }
};