380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素 - 力扣（LeetCode）

一、题目

实现RandomizedSet 类：

• RandomizedSet() 初始化 RandomizedSet 对象
• bool insert(int val) 当元素 val 不存在时，向集合中插入该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
• bool remove(int val) 当元素 val 存在时，从集合中移除该项，并返回 true ；否则，返回 false 。
• int getRandom() 随机返回现有集合中的一项（测试用例保证调用此方法时集合中至少存在一个元素）。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

你必须实现类的所有函数，并满足每个函数的 平均 时间复杂度为 O(1) 。

示例 1：

输入
["RandomizedSet", "insert", "remove", "insert", "getRandom", "remove", "insert", "getRandom"]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出
[null, true, false, true, 2, true, false, 2]

解释
RandomizedSet randomizedSet = new RandomizedSet();
randomizedSet.insert(1); // 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomizedSet.remove(2); // 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomizedSet.insert(2); // 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomizedSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomizedSet.remove(1); // 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomizedSet.insert(2); // 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomizedSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。

提示：

• -231 <= val <= 231 - 1
• 最多调用 insert、remove 和 getRandom 函数 2 * 105 次
• 在调用 getRandom 方法时，数据结构中 至少存在一个 元素。

二、代码

class RandomizedSet {// 下面两个表就是数字和对应index的关联表，两个方向都做了关联，方便根据需要任意查找// key：要存储的数字val   value：要存储的数字val对应的index(这个index是我们自己设定的)public HashMap valIndexMap;// key：数字val的index   value：要存储的数字valpublic HashMap indexValMap;// 当前结构中的数字数量public int size;// 构造方法public RandomizedSet() {this.valIndexMap = new HashMap<>();this.indexValMap = new HashMap<>();this.size = 0;}// 插入public boolean insert(int val) {// 只有当结构中不存在val时才可以插入，这样就保证了结构中不存在重复数字if (!valIndexMap.containsKey(val)) {// 将val和其对应的Index关联起来加入到两个Map中// 当前val的index其实就是size，当加入完了之后再将size++valIndexMap.put(val, size);indexValMap.put(size++, val);// 操作完成，返回truereturn true;}// 如果结构中存在val，直接返回falsereturn false;}// 删除public boolean remove(int val) {// 只有结构中存在val才可以将其删除if (valIndexMap.containsKey(val)) {// 获取要删除val的indexint deleteIndex = valIndexMap.get(val);// 获取当前结构中最后一个index对应的valint lastVal = indexValMap.get(size - 1);// 当前结构最后的index就是size - 1// 我们的删除原理其实就是将结构中最后一个index对应的所有数据覆盖掉要删除val的所有数据// lastVal这个值和deleteIndex这个index还是有用的，他们相关的数据不能删掉，需要对其进行修改来实现覆盖操作// 将lastVal和deleteIndex绑定在一起，覆盖掉要删除的deleteIndex在valIndexMap中的数据valIndexMap.put(lastVal, deleteIndex);// 将deleteIndex和lastVal绑定在一起，覆盖掉要删除的deleteIndex在indexValMap中的数据indexValMap.put(deleteIndex, lastVal);// val这个值和size-1这个index就相当于没用了，可以直接将他们的信息删除// 此时还要删除的val在valIndexMap中的数据valIndexMap.remove(val);// 此时还要删除的lastIndex（即size - 1）在indexValMap中的数据indexValMap.remove(size - 1);// 至此就完成了将lastVal的数据覆盖到deleteIndex位置上了，又删除了无效的数据，完成删除操作// 将数据个数减1size--;// 操作完成，返回truereturn true;}// 如果结构中不存在val，直接返回falsereturn false;}public int getRandom() {int index = (int) (Math.random() * size);return indexValMap.get(index);}
}/*** 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();*/

三、解题思路 

看到题目要求存储，删除，查询要满足O(1)的时间复杂度，马上想到这个数据结构需要借助哈希表实现，因为只有哈希表才有这样的性能。

一个哈希表存储val和index的关联关系

一个哈希表存储index和val的关联关系

insert和getRandom方法很简单，难点在于remove方法。
删除操作其实使用最后一个index位置的数据覆盖掉要删除位置的数据来实现的，具体的实现方法可以看代码，一看就懂了。