当前位置:首页 > 文章列表 > 文章 > 前端 > LRU缓存算法实现:哈希表与链表结合详解

LRU缓存算法实现:哈希表与链表结合详解

2025-10-11 14:46:01 0浏览 收藏

小伙伴们对文章编程感兴趣吗?是否正在学习相关知识点?如果是,那么本文《实现LRU缓存算法的数据结构通常需要结合哈希表和双向链表。以下是具体步骤:1. 数据结构选择哈希表(Hash Map):用于快速查找缓存中的键,时间复杂度为 O(1)。双向链表(Doubly Linked List):用于维护元素的使用顺序,最近使用的元素移到头部,最久未使用的元素从尾部删除。2. 核心操作插入(Insert):如果键已存在,更新值并将该节点移动到头部。如果键不存在,创建新节点并插入到头部。若缓存已满,删除尾部节点。访问(Get):如果键存在,将其对应的节点移动到头部。如果键不存在,返回 null 或 None。3. 代码实现(以 Python 为例) from collections import OrderedDict class LRUCache: def __init__(self, capacity: int): self.cache = OrderedDict() self.capacity = capacity def get(self, key: int) -> int: if key not in self.cache: return -1 # 将访问的键移动到末尾(表示最近使用) self.cache.move_to_end(key) return self.cache[key] def put(self,》,就很适合你,本篇文章讲解的知识点主要包括。在之后的文章中也会多多分享相关知识点,希望对大家的知识积累有所帮助!

答案:结合哈希表和双向链表实现LRU缓存,哈希表支持O(1)查找,双向链表维护访问顺序,头结点为最近使用,尾结点为最久未使用;get操作查找不到返回-1,找到则移到头部并返回值;put操作若键存在则更新并移至头部,否则创建新节点插入头部,超容量时删除尾部节点;通过add_to_head、remove_node、move_to_head和pop_tail等辅助方法实现O(1)时间复杂度的插入、删除与移动操作,适用于页面置换、Redis及浏览器缓存等场景。

如何实现一个支持LRU缓存算法的数据结构?

要实现一个支持LRU(Least Recently Used)缓存算法的数据结构,核心是结合哈希表和双向链表,以达到快速查找、插入、删除和维护访问顺序的目的。关键点在于:当缓存满时,淘汰最久未使用的数据;每次访问(get 或 put)某个键时,该键对应的数据要被移到最近使用的位置。

数据结构设计

使用以下两个组件组合:

  • 哈希表(dict / map):用于存储键到节点的映射,实现 O(1) 的查找时间。
  • 双向链表:维护元素的访问顺序,头部为最近使用,尾部为最久未使用。

每个链表节点包含 key、value、prev 和 next 指针。

核心操作实现

需要支持 get 和 put 两个主要操作,并保证时间复杂度为 O(1):

  • get(key)
    • 如果 key 不存在,返回 -1。
    • 如果存在,将对应节点移到链表头部(表示最近使用),并返回 value。
  • put(key, value)
    • 如果 key 已存在,更新其 value 并移到头部。
    • 如果 key 不存在,创建新节点插入头部。
    • 插入后若超出容量,删除尾部节点(最久未使用)。

辅助方法:移动到头部与删除尾部

为了简化逻辑,可以封装几个工具函数:

  • add_to_head(node):将节点插入双向链表头部。
  • remove_node(node):从链表中移除指定节点。
  • move_to_head(node):先删除再添加到头部。
  • pop_tail():移除并返回尾部节点,用于淘汰。

这些操作通过调整 prev 和 next 指针完成,不涉及遍历,因此是 O(1)。

Python 示例代码

class ListNode:
    def __init__(self, key=0, val=0):
        self.key = key
        self.val = val
        self.prev = None
        self.next = None

class LRUCache:
    def __init__(self, capacity: int):
        self.capacity = capacity
        self.cache = {}
        self.head = ListNode()
        self.tail = ListNode()
        self.head.next = self.tail
        self.tail.prev = self.head

    def _add_to_head(self, node):
        node.prev = self.head
        node.next = self.head.next
        self.head.next.prev = node
        self.head.next = node

    def _remove_node(self, node):
        prev = node.prev
        nxt = node.next
        prev.next = nxt
        nxt.prev = prev

    def _move_to_head(self, node):
        self._remove_node(node)
        self._add_to_head(node)

    def _pop_tail(self):
        node = self.tail.prev
        self._remove_node(node)
        return node

    def get(self, key: int) -> int:
        node = self.cache.get(key)
        if not node:
            return -1
        self._move_to_head(node)
        return node.val

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        node = self.cache.get(key)
        if node:
            node.val = value
            self._move_to_head(node)
        else:
            new_node = ListNode(key, value)
            self.cache[key] = new_node
            self._add_to_head(new_node)
            if len(self.cache) > self.capacity:
                tail = self._pop_tail()
                del self.cache[tail.key]

基本上就这些。这套实现确保了 get 和 put 都在常数时间内完成,符合 LRU 缓存的基本要求。实际应用中可用于页面置换、Redis 近似策略或浏览器缓存等场景。

以上就是本文的全部内容了,是否有顺利帮助你解决问题?若是能给你带来学习上的帮助,请大家多多支持golang学习网!更多关于文章的相关知识,也可关注golang学习网公众号。

HTML音频转录:提升内容可访问性方法HTML音频转录:提升内容可访问性方法
上一篇
HTML音频转录:提升内容可访问性方法
PHP字符串转数组方法详解
下一篇
PHP字符串转数组方法详解
查看更多
最新文章
查看更多
课程推荐
  • 前端进阶之JavaScript设计模式
    前端进阶之JavaScript设计模式
    设计模式是开发人员在软件开发过程中面临一般问题时的解决方案,代表了最佳的实践。本课程的主打内容包括JS常见设计模式以及具体应用场景,打造一站式知识长龙服务,适合有JS基础的同学学习。
    543次学习
  • GO语言核心编程课程
    GO语言核心编程课程
    本课程采用真实案例,全面具体可落地,从理论到实践,一步一步将GO核心编程技术、编程思想、底层实现融会贯通,使学习者贴近时代脉搏,做IT互联网时代的弄潮儿。
    516次学习
  • 简单聊聊mysql8与网络通信
    简单聊聊mysql8与网络通信
    如有问题加微信:Le-studyg;在课程中,我们将首先介绍MySQL8的新特性,包括性能优化、安全增强、新数据类型等,帮助学生快速熟悉MySQL8的最新功能。接着,我们将深入解析MySQL的网络通信机制,包括协议、连接管理、数据传输等,让
    500次学习
  • JavaScript正则表达式基础与实战
    JavaScript正则表达式基础与实战
    在任何一门编程语言中,正则表达式,都是一项重要的知识,它提供了高效的字符串匹配与捕获机制,可以极大的简化程序设计。
    487次学习
  • 从零制作响应式网站—Grid布局
    从零制作响应式网站—Grid布局
    本系列教程将展示从零制作一个假想的网络科技公司官网,分为导航,轮播,关于我们,成功案例,服务流程,团队介绍,数据部分,公司动态,底部信息等内容区块。网站整体采用CSSGrid布局,支持响应式,有流畅过渡和展现动画。
    485次学习
查看更多
AI推荐
  • ChatExcel酷表:告别Excel难题,北大团队AI助手助您轻松处理数据
    ChatExcel酷表
    ChatExcel酷表是由北京大学团队打造的Excel聊天机器人,用自然语言操控表格,简化数据处理,告别繁琐操作,提升工作效率!适用于学生、上班族及政府人员。
    3184次使用
  • Any绘本:开源免费AI绘本创作工具深度解析
    Any绘本
    探索Any绘本(anypicturebook.com/zh),一款开源免费的AI绘本创作工具,基于Google Gemini与Flux AI模型,让您轻松创作个性化绘本。适用于家庭、教育、创作等多种场景,零门槛,高自由度,技术透明,本地可控。
    3395次使用
  • 可赞AI:AI驱动办公可视化智能工具,一键高效生成文档图表脑图
    可赞AI
    可赞AI,AI驱动的办公可视化智能工具,助您轻松实现文本与可视化元素高效转化。无论是智能文档生成、多格式文本解析,还是一键生成专业图表、脑图、知识卡片,可赞AI都能让信息处理更清晰高效。覆盖数据汇报、会议纪要、内容营销等全场景,大幅提升办公效率,降低专业门槛,是您提升工作效率的得力助手。
    3427次使用
  • 星月写作:AI网文创作神器,助力爆款小说速成
    星月写作
    星月写作是国内首款聚焦中文网络小说创作的AI辅助工具,解决网文作者从构思到变现的全流程痛点。AI扫榜、专属模板、全链路适配,助力新人快速上手,资深作者效率倍增。
    4532次使用
  • MagicLight.ai:叙事驱动AI动画视频创作平台 | 高效生成专业级故事动画
    MagicLight
    MagicLight.ai是全球首款叙事驱动型AI动画视频创作平台,专注于解决从故事想法到完整动画的全流程痛点。它通过自研AI模型,保障角色、风格、场景高度一致性,让零动画经验者也能高效产出专业级叙事内容。广泛适用于独立创作者、动画工作室、教育机构及企业营销,助您轻松实现创意落地与商业化。
    3804次使用
微信登录更方便
  • 密码登录
  • 注册账号
登录即同意 用户协议隐私政策
返回登录
  • 重置密码