LeetCode 381. Insert Delete GetRandom O(1) - Duplicates allowed （插入删除和获得随机数 常数时间 允许重复项）

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

Note: Duplicate elements are allowed.

1. insert(val): Inserts an item val to the collection.
2. remove(val): Removes an item val from the collection if present.
3. getRandom: Returns a random element from current collection of elements. The probability of each element being returned is linearly related to the number of same value the collection contains.

Example:

// Init an empty collection.
RandomizedCollection collection = new RandomizedCollection();

// Inserts 1 to the collection. Returns true as the collection did not contain 1.
collection.insert(1);

// Inserts another 1 to the collection. Returns false as the collection contained 1. Collection now contains [1,1].
collection.insert(1);

// Inserts 2 to the collection, returns true. Collection now contains [1,1,2].
collection.insert(2);

// getRandom should return 1 with the probability 2/3, and returns 2 with the probability 1/3.
collection.getRandom();

// Removes 1 from the collection, returns true. Collection now contains [1,2].
collection.remove(1);

// getRandom should return 1 and 2 both equally likely.
collection.getRandom();

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题目标签：Array, Hash Table, Design

　　这道题目基于#380 的情况下，可以允许有重复项。回顾一下380， 因为要达到 insert, remove 和 getRandom 都是O(1) 的时间，我们需要ArrayList 来保存所有的数字，利用map 来保存 数字 和 index 之间的映射。

　　这道题目允许了重复项，那么在map 里 key 是数字， value 是index， 这里的index 就会不止一个了。我们要把所有重复的数字的 index 也保存进来， 所以把 map 里value 改成 HashSet 来保存所有的index。

　　insert val：如果map里没有val，需要新建一个HashSet，并且加入nums （ArrayList）；

　　　　　　   如果有val，直接加入新的index 进HashSet，并且加入nums （ArrayList）；　　

　　remove val：如果val 在nums 里是最后一个的话，只需要在map 里删除val 的index， 并且在nums 里删除最后一个数字。

　　　　　　　　如果val 在nums 里不是最后一个的话，需要额外的把 nums 里最后一个数字的值 复制到 val， 删除val 在map里的 index，还要把最后一个数字的index 在map 里更新，并且在nums 里删除最后一个数字。

　　其他基本都和#380 差不多，具体看code。

Java Solution:

Runtime beats 88.45%

完成日期：09/18/2017

关键词：Array, Hash Table, Design

关键点：利用array 保存数值；利用map<Integer, HashSet<>>保存 - 数值 当作key，数值在array里的所有index 保存在HashSet，当作value。

 class RandomizedCollection
 {
     private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> map; // key is value, value is index HashSet
     private ArrayList<Integer> nums; // store all vals
     private java.util.Random rand = new java.util.Random();

     /** Initialize your data structure here. */
     public RandomizedCollection()
     {
         map = new HashMap<>();
         nums = new ArrayList<>();
     }

     /** Inserts a value to the collection. Returns true if the collection did not already contain the specified element. */
     public boolean insert(int val)
     {
         boolean contain = map.containsKey(val);

         // if map doesn't have val, meaning map doesn't have HashSet
         if(!contain)
             map.put(val, new HashSet<Integer>()); // create HashSet

         // add index into HashSet
         map.get(val).add(nums.size());
         nums.add(val);

         return !contain; // if collection has val, return false; else return true
     }

     /** Removes a value from the collection. Returns true if the collection contained the specified element. */
     public boolean remove(int val)
     {
         boolean contain = map.containsKey(val);
         if(!contain)
             return false;
         // get an index from HashSet of Map
         int valIndex = map.get(val).iterator().next();
         map.get(val).remove(valIndex); // remove this index from val's set

         if(valIndex != nums.size() - 1) // if this val is not the last one in nums
         {
             // 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 HashSet
             map.get(lastNum).remove(nums.size() - 1); // remove the last number's index from set
             map.get(lastNum).add(valIndex); // add new index into set
         }

         if(map.get(val).isEmpty()) // if val's set is empty
             map.remove(val); // remove val from map

         nums.remove(nums.size() - 1); // only remove last one O(1)

         return true;
     }

     /** Get a random element from the collection. */
     public int getRandom()
     {
         return nums.get(rand.nextInt(nums.size()));
     }
 }

 /**
  * Your RandomizedCollection object will be instantiated and called as such:
  * RandomizedCollection obj = new RandomizedCollection();
  * 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/5

LeetCode 题目列表 - LeetCode Questions List