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

 

这道题让我们在常数时间范围内实现插入删除和获得随机数操作，如果这道题没有常数时间的限制，那么将会是一道非常简单的题，我们直接用一个 set 就可以搞定所有的操作。但是由于时间的限制，我们无法在常数时间内实现获取随机数，所以只能另辟蹊径。此题的正确解法是利用到了一个一维数组和一个 HashMap，其中数组用来保存数字，HashMap 用来建立每个数字和其在数组中的位置之间的映射，对于插入操作，我们先看这个数字是否已经在 HashMap 中存在，如果存在的话直接返回 false，不存在的话，我们将其插入到数组的末尾，然后建立数字和其位置的映射。删除操作是比较 tricky 的，我们还是要先判断其是否在 HashMap 里，如果没有，直接返回 false。由于 HashMap 的删除是常数时间的，而数组并不是，为了使数组删除也能常数级，我们实际上将要删除的数字和数组的最后一个数字调换个位置，然后修改对应的 HashMap 中的值，这样我们只需要删除数组的最后一个元素即可，保证了常数时间内的删除。而返回随机数对于数组来说就很简单了，我们只要随机生成一个位置，返回该位置上的数字即可，参见代码如下：

 

class RandomizedSet {public:    RandomizedSet() {}    bool insert(int val) {        if (m.count(val)) return false;        nums.push_back(val);        m[val] = nums.size() - 1;        return true;    }    bool remove(int val) {        if (!m.count(val)) return false;        int last = nums.back();        m[last] = m[val];        nums[m[val]] = last;        nums.pop_back();        m.erase(val);        return true;    }    int getRandom() {        return nums[rand() % nums.size()];    }private:    vector
     
       nums;    unordered_map
      
        m;};
      
     

 

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类似题目：

 

参考资料：