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设计一个数字容器系统

时间:2025-02-09 22:58:23 404浏览 收藏

从现在开始,我们要努力学习啦!今天我给大家带来《设计一个数字容器系统》,感兴趣的朋友请继续看下去吧!下文中的内容我们主要会涉及到等等知识点,如果在阅读本文过程中有遇到不清楚的地方,欢迎留言呀!我们一起讨论,一起学习!

设计一个数字容器系统

设计一个高效的数字容器系统,支持以下操作:

  • 插入/替换: 将指定索引处的值替换为新值。如果索引不存在,则插入新值。
  • 查找最小索引: 返回给定数字在容器中出现的最小索引。如果数字不存在,则返回 -1。

挑战难度: 中等

相关主题: 哈希表,设计模式,最小堆(优先队列)

示例:

["NumberContainers", "find", "change", "change", "change", "change", "find", "change", "find"]
[[], [10], [2, 10], [1, 10], [3, 10], [5, 10], [10], [1, 20], [10]]

说明:

  • NumberContainers nc = new NumberContainers(); 创建一个新的数字容器系统。
  • nc.find(10); 返回 -1,因为 10 还不存在于容器中。
  • nc.change(2, 10); 将索引 2 处的值设置为 10。
  • nc.change(1, 10); 将索引 1 处的值设置为 10。
  • nc.change(3, 10); 将索引 3 处的值设置为 10。
  • nc.change(5, 10); 将索引 5 处的值设置为 10。
  • nc.find(10); 返回 1,因为 1 是 10 在容器中出现的最小索引。
  • nc.change(1, 20); 将索引 1 处的值替换为 20。
  • nc.find(10); 返回 2,因为 2 现在是 10 在容器中出现的最小索引。

约束:

  • 1 <= index <= 105
  • 1 <= number <= 105
  • changefind 方法的调用次数最多为 105

提示:

为了高效地实现这个系统,可以使用哈希表来存储每个索引对应的值,以及使用最小堆(优先队列)来跟踪每个数字的最小索引。

解决方案 (Python):

import heapq

class NumberContainers:
    def __init__(self):
        self.index_map = {}  # index -> number
        self.number_map = {}  # number -> min-heap of indices

    def change(self, index: int, number: int) -> None:
        if index in self.index_map:
            old_number = self.index_map[index]
            heapq.heapreplace(self.number_map[old_number], float('inf')) #Mark as invalid

        self.index_map[index] = number
        if number not in self.number_map:
            self.number_map[number] = []
        heapq.heappush(self.number_map[number], index)

    def find(self, number: int) -> int:
        if number not in self.number_map:
            return -1

        while self.number_map[number] and self.number_map[number][0] not in self.index_map or self.index_map[self.number_map[number][0]] != number:
            heapq.heappop(self.number_map[number]) #Remove invalid index

        return self.number_map[number][0] if self.number_map[number] else -1

这个Python解决方案使用了heapq模块来实现最小堆,并利用两个字典来高效地进行查找和更新操作。 float('inf') 用作标记,表示索引已失效。

进一步优化:

为了进一步优化,可以考虑使用更高级的数据结构,例如跳表或其他自平衡树,来替代最小堆,但这会增加代码复杂度。 对于大多数用例,最小堆已经足够高效。

好了,本文到此结束,带大家了解了《设计一个数字容器系统》,希望本文对你有所帮助!关注golang学习网公众号,给大家分享更多文章知识!

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