LRU

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+title: '缓存淘汰算法 -- LRU'
+date: 2022-09-23T14:43:45+08:00
+lastmod: 2024-02-27
+series: [data structure]
+categories: [algorithm]
+---
+
+缓存淘汰算法
+
+## LRU
+
+LRU（Least recently used，最近最少使用）。
+
+我个人感觉这个命名少了个动词，让人理解起来怪怪的，缓存淘汰算法嘛，**淘汰最近最少使用**。
+
+它的核心时：如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高。
+
+### 简单实现
+
+LRU 一般使用双向链表+哈希表实现，在 JavaScript 中我使用 **Map** 数据结构来实现缓存，因为 Map 可以保证加入缓存的**先后顺序**，
+
+不同的是，这里是把 Map cache 的尾当头，头当尾。
+
+```js
+class LRU {
+    constructor(size) {
+        this.cache = new Map()
+        this.size = size
+    }
+    // 新增时，先检测是否已经存在
+    put(key, value) {
+        if (this.cache.has(key)) this.cache.delete(key)
+        this.cache.set(key, value)
+        // 检查是否超出容量
+        if (this.cache.size > this.size) {
+            this.cache.delete(this.cache.keys().next().value) // 删除Map cache 的第一个数据
+        }
+    }
+    // 访问时，附件重新进入缓存池的动作
+    get(key) {
+        if (!this.cache.has(key)) return -1
+        const temp = this.cache.get(key)
+        this.cache.delete(key)
+        this.cache.set(key, temp)
+        return temp
+    }
+}
+```
+
+分析：
+
+1. cache 中的元素必须有时序, 便于后面删除需要淘汰的那个
+2. 在 cache 中快速找到某个 key,判断是否存在并且得到对应的 val O(1)
+3. 访问到的 key 需要被提到前面, 也就是说得能实现快速插入和删除 O(1)
+
+### lc.146 LRU 缓存
+
+```js
+/**
+ * @param {number} capacity
+ */
+var LRUCache = function (capacity) {
+    this.cache = new Map()
+    this.capacity = capacity
+}
+
+/**
+ * @param {number} key
+ * @return {number}
+ */
+LRUCache.prototype.get = function (key) {
+    if (!this.cache.has(key)) return -1
+    const val = this.cache.get(key)
+    this.cache.delete(key)
+    this.cache.set(key, val)
+    return val
+}
+
+/**
+ * @param {number} key
+ * @param {number} value
+ * @return {void}
+ */
+LRUCache.prototype.put = function (key, value) {
+    if (this.cache.has(key)) this.cache.delete(key)
+    this.cache.set(key, value)
+    if (this.cache.size > this.capacity) {
+        this.cache.delete(this.cache.keys().next().value)
+    }
+}
+
+/**
+ * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
+ * var obj = new LRUCache(capacity)
+ * var param_1 = obj.get(key)
+ * obj.put(key,value)
+ */
+```
+
+---
+
+### 双向链表版本
+
+```js
+class ListNode {
+    constructor(key = 0, value = 0) {
+        this.key = key
+        this.value = value
+        this.prev = null
+        this.next = null
+    }
+}
+
+/**
+ * @param {number} capacity
+ */
+var LRUCache = function (capacity) {
+    this.capacity = capacity
+    this.cache = new Map()
+    this.head = new ListNode()
+    this.tail = new ListNode()
+    this.head.next = this.tail
+    this.tail.prev = this.head
+}
+
+/**
+ * @param {number} key
+ * @return {number}
+ */
+LRUCache.prototype.get = function (key) {
+    const node = this.cache.get(key)
+
+    if (node) {
+        node.prev.next = node.next
+        node.next.prev = node.prev
+
+        node.next = this.head.next
+        node.prev = this.head.next.prev
+        this.head.next.prev = node
+        this.head.next = node
+    }
+
+    return node ? node.value : -1
+}
+
+/**
+ * @param {number} key
+ * @param {number} value
+ * @return {void}
+ */
+LRUCache.prototype.put = function (key, value) {
+    let node = null
+    if (this.cache.has(key)) {
+        node = this.cache.get(key)
+        node.value = value
+        node.prev.next = node.next
+        node.next.prev = node.prev
+    } else {
+        node = new ListNode(key, value)
+    }
+
+    node.next = this.head.next
+    node.prev = this.head.next.prev
+    this.head.next.prev = node
+    this.head.next = node
+
+    if (!this.cache.has(key) && this.cache.size === this.capacity) {
+        // remove
+        this.cache.delete(this.tail.prev.key)
+        this.tail.prev = this.tail.prev.prev
+        this.tail.prev.next = this.tail
+    }
+
+    this.cache.set(key, node)
+}
+
+/**
+ * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
+ * var obj = new LRUCache(capacity)
+ * var param_1 = obj.get(key)
+ * obj.put(key,value)
+ */
+```
+
+小心指针的变换就好了。
+
+<!-- 双向链表版本的 LRU 后续有空了补充
+
+双向链表：
+
+```js
+/** 双向链表实现 */
+function Node(key, value) {
+    this.key = key
+    this.value = value
+    this.next = null
+    this.prev = null
+}
+class DoubleList {
+    constructor() {
+        // 虚拟头尾节点
+        this.head = new Node(0, 0)
+        this.tail = new Node(0, 0)
+        this.head.next = this.tail
+        this.tail.prev = this.head
+        this.size = 0
+    }
+    addLast(node) {
+        // 注意这里不是直接指向head而是指向的尾部的前一个
+        node.prev = this.tail.prev
+        node.next = this.tail
+        this.size++
+        this.tail.prev.next = node
+        this.tail.prev = node
+    }
+    // 删除node并且返回删除的key,需要去处理map
+    remove(node) {
+        node.prev.next = node.next
+        node.next.prev = node.prev
+        this.size--
+        return node.key
+    }
+    removeFirst() {
+        if (this.head.next === this.tail) return null
+        return this.remove(this.head.next)
+    }
+}
+``` -->
+
+<!--
+
+## LFU
+
+LFU（Least Frequently Used，最少频繁使用）。
+也就是使用最不频繁的将被淘汰，这个我目前就是先了解一下，后续需要深入的时候再回过头来看看。😂
+
+核心思想：删除使用频次最低的键值对。如果最低的键值对有多个，则删除其中最旧的那个。
+
+1. 需要一个 key, value 映射
+2. 需要一个 key, freq 映射
+3. 这个需求应该是 LFU 算法的核心，所以我们分开说。
+    - 首先，肯定是需要 freq 到 key 的映射，用来找到 freq 最小的 key。
+    - 将 freq 最小的 key 删除，那你就得快速得到当前所有 key 最小的 freq 是多少。想要时间复杂度 O(1) 的话，肯定不能遍历一遍去找，那就用一个变量 minFreq 来记录当前最小的 freq 吧。
+    - 可能有多个 key 拥有相同的 freq，所以 freq 对 key 是一对多的关系，即一个 freq 对应一个 key 的列表。
+    - 希望 freq 对应的 key 的列表是存在时序的，便于快速查找并删除最旧的 key。
+    - 希望能够快速删除 key 列表中的任何一个 key，因为如果频次为 freq 的某个 key 被访问，那么它的频次就会变成 freq+1，就应该从 freq 对应的 key 列表中删除，加到 freq+1 对应的 key 的列表中。
+
+> 小提示：LinkedHashSet
+> 这篇文章不错：https://halfrost.com/lru_lfu_interview/
+
+
+// 关于 LRU 还没有嚼透，后续强化
+-->