描述
设计LRU(最近最少使用)缓存结构，该结构在构造时确定大小，假设大小为K，并有如下两个功能

1. set(key, value)：将记录(key, value)插入该结构
2. get(key)：返回key对应的value值

提示:
1.某个key的set或get操作一旦发生，认为这个key的记录成了最常使用的，然后都会刷新缓存。
2.当缓存的大小超过K时，移除最不经常使用的记录。
3.输入一个二维数组与K，二维数组每一维有2个或者3个数字，第1个数字为opt，第2，3个数字为key，value
若opt=1，接下来两个整数key, value，表示set(key, value)
若opt=2，接下来一个整数key，表示get(key)，若key未出现过或已被移除，则返回-1
对于每个opt=2，输出一个答案
4.为了方便区分缓存里key与value，下面说明的缓存里key用""号包裹

进阶:你是否可以在O(1)的时间复杂度完成set和get操作
示例1
输入：
[[1,1,1],[1,2,2],[1,3,2],[2,1],[1,4,4],[2,2]],3
复制
返回值：
[1,-1]
复制
说明：
[1,1,1]，第一个1表示opt=1，要set(1,1)，即将(1,1)插入缓存，缓存是{"1"=1}
[1,2,2]，第一个1表示opt=1，要set(2,2)，即将(2,2)插入缓存，缓存是{"1"=1,"2"=2}
[1,3,2]，第一个1表示opt=1，要set(3,2)，即将(3,2)插入缓存，缓存是{"1"=1,"2"=2,"3"=2}
[2,1]，第一个2表示opt=2，要get(1)，返回是[1]，因为get(1)操作，缓存更新，缓存是{"2"=2,"3"=2,"1"=1}
[1,4,4]，第一个1表示opt=1，要set(4,4)，即将(4,4)插入缓存，但是缓存已经达到最大容量3，移除最不经常使用的{"2"=2}，插入{"4"=4}，缓存是{"3"=2,"1"=1,"4"=4}
[2,2]，第一个2表示opt=2，要get(2)，查找不到，返回是[1,-1]
示例2
输入：
[[1,1,1],[1,2,2],[2,1],[1,3,3],[2,2],[1,4,4],[2,1],[2,3],[2,4]],2
复制
返回值：
[1,-1,-1,3,4]
复制
备注：
1 \leq K \leq N \leq 10^51≤K≤N≤10
5

-2 \times 10^9 \leq x,y \leq 2 \times 10^9−2×10
9
≤x,y≤2×10
9

思路和心得：

（一）调库

python3代码

#
# lru design
# @param operators int整型二维数组 the ops
# @param k int整型 the k
# @return int整型一维数组
#
import collections

class Solution:
    def LRU(self , operators , k ):
        # write code here

        od = collections.OrderedDict()

        res = []

        for op in operators:
            if op[0] == 1:
                key = op[1]
                value = op[2]
                if key in od:
                    od.move_to_end(key)
                od[key] = value

                if len(od) > k:
                    od.popitem(last = False)
            else:
                key = op[1]
                if key not in od:
                    res.append(-1)
                else:
                    od.move_to_end(key)
                    res.append(od[key])

        return res

c++ []

class Solution 
{
public:
    /**
     * lru design
     * @param operators int整型vector<vector<>> the ops
     * @param k int整型 the k
     * @return int整型vector
     */
    vector<int> LRU(vector<vector<int> >& operators, int k) 
    {
        // write code here
        list<pair<int, int>> list1;
        unordered_map<int, list<pair<int,int>>:: iterator> key_list_ptr;

        vector<int> res;
        for (auto op : operators)
        {
            if (op[0] == 1)
            {
                int key = op[1],    value = op[2];
                if (key_list_ptr.find(key) != key_list_ptr.end())
                {
                    list1.erase(key_list_ptr[key]);
                }
                list1.push_back(pair<int,int>{key, value});
                key_list_ptr[key] = -- list1.end();

                if ((int)list1.size() > k)
                {
                    key_list_ptr.erase(list1.begin()->first);
                    list1.pop_front();
                }
            }
            else
            {
                int key = op[1];
                if (key_list_ptr.find(key) == key_list_ptr.end())
                    res.push_back(-1);
                else
                {
                    auto [k, v] = *key_list_ptr[key];
                    list1.erase(key_list_ptr[key]);
                    list1.push_back(pair<int, int>{k, v});
                    key_list_ptr[key] = --list1.end();
                    res.push_back(v);
                }

            }
        }

        return res;
    }
};

java []

import java.util.*;


public class Solution 
{
    /**
     * lru design
     * @param operators int整型二维数组 the ops
     * @param k int整型 the k
     * @return int整型一维数组
     */
    public int[] LRU (int[][] operators, int k) 
    {
        // write code here
        int on = operators.length;
        int rn = 0;
        for (int i = 0; i < on; i ++)
            if (operators[i][0] == 2)
                rn ++;

        Map <Integer, Integer> link_map = new LinkedHashMap<>();
        int [] res = new int [rn];
        int ri = 0;
        for (int [] op : operators)
        {
            if (op[0] == 1)
            {
                int key = op[1],    value = op[2];
                if (link_map.containsKey(key) == true)
                {
                    link_map.remove(key);
                }
                link_map.put(key, value);
                if (link_map.size() > k)
                {
                    link_map.remove(link_map.entrySet().iterator().next().getKey());
                }
            }
            else
            {
                int key = op[1];
                if (link_map.containsKey(key) == false)
                {
                    res[ri ++] = -1;
                }
                else
                {
                    int val = link_map.remove(key);
                    link_map.put(key, val);
                    res[ri ++] = val;
                }
            }
        }

        return res;
    }
}

（二）哈希+手撸双向链表

python3 []

#
# lru design
# @param operators int整型二维数组 the ops
# @param k int整型 the k
# @return int整型一维数组
#
class double_link_node:
    def __init__(self, key: int, val: int):
        self.key = key
        self.val = val
        self.prev = None
        self.next = None

class double_link_list:
    def __init__(self):
        self.head = double_link_node(0, 0)
        self.tail = double_link_node(0, 0)
        self.head.next = self.tail
        self.tail.prev = self.head

    def move_to_end(self, p: double_link_node) -> None:
        p.prev.next = p.next
        p.next.prev = p.prev

        p.prev = self.tail.pre***ext = self.tail
        self.tail.prev.next = p
        self.tail.prev = p

    def append_end(self, key: int, value: int) -> None:
        p = double_link_node(key, value)
        p.prev = self.tail.pre***ext = self.tail
        self.tail.prev.next = p
        self.tail.prev = p

class Solution:
    def LRU(self , operators , k ):
        # write code here

        dl = double_link_list()
        key_dl_ptr = dict()

        res = []

        for op in operators:
            if op[0] == 1:
                key = op[1]
                value = op[2]
                if key in key_dl_ptr:
                    p = key_dl_ptr[key]
                    p.val = value
                    dl.move_to_end(p)
                else:
                    dl.append_end(key, value)
                    key_dl_ptr[key] = dl.tail.prev

                if len(key_dl_ptr) > k:
                    p = dl.head.next
                    dl.head.next = p.next
                    p.next.prev = dl.head
                    del key_dl_ptr[p.key]
            else:
                key = op[1]
                if key not in key_dl_ptr:
                    res.append(-1)
                else:
                    p = key_dl_ptr[key]
                    dl.move_to_end(p)
                    res.append(p.val)

        return res

c++ []

struct double_link_list_node{
    int key;
    int val;
    double_link_list_node * prev;
    double_link_list_node * next;

    double_link_list_node(int key_, int val_)
    {
        key = key_;
        val = val_;
        prev = NULL;
        next = NULL;
    }
};

class double_link_list
{
public:
    double_link_list_node * head;
    double_link_list_node * tail;

    double_link_list() 
    {
        head = new double_link_list_node(0, 0);
        tail = new double_link_list_node(0, 0);
        head->next = tail;
        tail->prev = head;
    }

    void move_to_end(double_link_list_node * p)
    {
        //----先摘下来
        p->prev->next = p->next;
        p->next->prev = p->prev;
        //----挂到后面
        p->prev = tail->prev;
        p->next = tail;
        tail->prev->next = p;
        tail->prev = p;
    }

    void append_end(int key, int value)
    {
        double_link_list_node * p = new double_link_list_node(key, value);
        p->prev = tail->prev;
        p->next = tail;
        tail->prev->next = p;
        tail->prev = p;
    }
};


class Solution 
{
public:
    /**
     * lru design
     * @param operators int整型vector<vector<>> the ops
     * @param k int整型 the k
     * @return int整型vector
     */
    vector<int> LRU(vector<vector<int> >& operators, int k) 
    {
        // write code here
        double_link_list dl = double_link_list();
        unordered_map<int, double_link_list_node *> key_dl_node;
        vector<int> res;

        for (auto & op : operators)
        {
            if (op[0] == 1)
            {
                int key = op[1];
                int value = op[2];
                if (key_dl_node.find(key) != key_dl_node.end())
                {
                    auto p = key_dl_node[key];
                    p->val = value;
                    dl.move_to_end(p);
                }
                else
                {
                    dl.append_end(key, value);
                    key_dl_node[key] = dl.tail->prev;
                }

                if ((int)key_dl_node.size() > k)
                {
                    double_link_list_node * p = dl.head->next;
                    dl.head->next = p->next;
                    p->next->prev = dl.head;
                    key_dl_node.erase(p->key);
                }
            }
            else
            {
                int key = op[1];
                if (key_dl_node.find(key) == key_dl_node.end())
                {
                    res.push_back(-1);
                }
                else
                {
                    double_link_list_node * p = key_dl_node[key];
                    res.push_back(p->val);
                    dl.move_to_end(p);
                }
            }
        }

        return res;

    }
};

java []

import java.util.*;


class double_link_list_node
{
    int key;
    int val;
    double_link_list_node prev;
    double_link_list_node next;

    double_link_list_node() {}

    double_link_list_node(int key_, int val_)
    {
        key = key_;
        val = val_;
        prev = null;
        next = null;
    }
}

class double_link_list
{
    double_link_list_node head;
    double_link_list_node tail;

    double_link_list()
    {
        head = new double_link_list_node(0, 0);
        tail = new double_link_list_node(0, 0);
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }

    void move_to_end(double_link_list_node p)
    {
        //----先摘下来
        p.prev.next = p.next;
        p.next.prev = p.prev;
        //----挂到最后
        p.prev = tail.pre***ext = tail;
        tail.prev.next = p;
        tail.prev = p;
    }

    void append_end(int key, int value)
    {
        double_link_list_node p = new double_link_list_node(key, value);
        p.prev = tail.pre***ext = tail;
        tail.prev.next = p;
        tail.prev = p;
    }
}


public class Solution 
{
    /**
     * lru design
     * @param operators int整型二维数组 the ops
     * @param k int整型 the k
     * @return int整型一维数组
     */
    public int[] LRU (int[][] operators, int k) 
    {
        // write code here
        double_link_list dl = new double_link_list();
        Map<Integer, double_link_list_node> key_dl_node = new HashMap<>();
        List<Integer> res_tmp = new ArrayList<>();
        for (int [] op : operators)
        {
            if (op[0] == 1)
            {
                int key = op[1];
                int value = op[2];
                if (key_dl_node.containsKey(key) == true)
                {
                    double_link_list_node p = key_dl_node.get(key);
                    p.val = value;
                    dl.move_to_end(p);
                }
                else
                {
                    dl.append_end(key, value);
                    key_dl_node.put(key, dl.tail.prev);

                    if (key_dl_node.size() > k)
                    {
                        double_link_list_node p = dl.head.next;
                        dl.head.next = p.next;
                        p.next.prev = dl.head;
                        key_dl_node.remove(p.key);
                    }
                }
            }
            else
            {
                int key = op[1];
                if (key_dl_node.containsKey(key) == false)
                {
                    res_tmp.add(-1);
                }
                else
                {
                    double_link_list_node p = key_dl_node.get(key);
                    res_tmp.add(p.val);
                    dl.move_to_end(p);
                }
            }
        }

        int rn = res_tmp.size();
        int [] res = new int [rn];
        for (int i = 0; i < rn; i ++)
        {
            res[i] = res_tmp.get(i);
        }
        return res;
    }
}