LeetCode 380. Insert Delete GetRandom O(1) （插入删除和获得随机数 常数时间）

Design a data structure that supports all following operations in average O(1) time.

1. insert(val): Inserts an item val to the set if not already present.
2. remove(val): Removes an item val from the set if present.
3. 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 2 is the only number in the set, getRandom always return 2.
randomSet.getRandom();

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题目标签：Array, HashTable, Design

　　题目让我们设计一个 数据结构， 能插入val， 删除val 和 获得 随机val ，并且是O(1) 时间。

　　一开始想到的是HashSet，但是对于 取得随机val O(1) 肯定不行。

　　所以，能在O(1) 时间内 获得随机项，肯定是array。那么这一题需要array 和 HashMap的配合使用。

　　ArrayList nums 保存所有的val；HashMap 保存 所有的val 和 index（在nums）的映射。

 

　　对于insert：nums 直接 add ，map 直接 put，都符合O(1);

　　对于remove：map remove 符合O(1), 但是 nums remove的话，只有当remove 最后一项的时候，才符合O(1)。如果遇到的val 在nums 里不是最后一项的话，把最后一项的val 保存到 val 的位置，并且要更新最后一项在map中的index，然后nums remove 最后一项。

　　对于getRandom：直接在nums 里随机返回就可以了。

 

Java Solution:

Runtime beats 86.91% 

完成日期：09/16/2017

关键词：Array, Hash Table, Design

关键点：利用array 保存数值；利用map保存 - 数值 当作key，数值在array里的index 当作value。

class RandomizedSet 
{
    private HashMap<Integer, Integer> map; // key is value, value is index
    private ArrayList<Integer> nums; // store all vals
    private java.util.Random rand = new java.util.Random();
    
    /** Initialize your data structure here. */
    public RandomizedSet() 
    {
        map = new HashMap<>();
        nums = new ArrayList<>();
    }
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    public boolean insert(int val) 
    {
        boolean contain = map.containsKey(val);
        
        if(contain)
            return false;
        
        map.put(val, nums.size());
        nums.add(val);
        
        return true;
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    public boolean remove(int val) 
    {
        boolean contain = map.containsKey(val);
        if(!contain) 
            return false;
        
        int valIndex = map.get(val);
        if(valIndex != nums.size() - 1) // if this val is not the last one
        {
            // copy the last one value into this val's position
            int lastNum = nums.get(nums.size() - 1);
            nums.set(valIndex, lastNum);
            // update the lastNum index in map
            map.put(lastNum, valIndex);
        }
        map.remove(val);
        nums.remove(nums.size() - 1); // only remove last one is O(1)
        
        return true;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    public int getRandom() 
    {
        return nums.get(rand.nextInt(nums.size()));
    }
}

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

参考资料：

https://discuss.leetcode.com/topic/53216/java-solution-using-a-hashmap-and-an-arraylist-along-with-a-follow-up-131-ms

LeetCode 题目列表 - LeetCode Questions List