(Java) 用于快速插入、删除和随机选择的数据结构

Question

我需要一个支持O(1)中以下操作的数据结构：

1. myList.添加（项目）
2. myList.remove(Item.ID) ==> 它实际上需要随机访问

3. myList.getRandomElement()（等概率）

   --(请注意，getRandomElement() 并不是随机访问的意思，它只是表示：“给我一个随机的物品，以相同的概率”)

请注意，我的项目是独一无二的，所以我不在乎使用的是 List 还是 Set。 我检查了一些 java 数据结构，但似乎没有一个是解决方案：

1. HashSet 支持 O(1) 中的 1,2，但它不能给我 O(1) 中的随机元素。我需要调用 mySet.iterator().next() 来选择一个随机元素，这需要 O(n)。
2. ArrayList 在 O(1) 中执行 1,3，但它需要进行线性搜索才能找到我要删除的元素，尽管它需要 O(n)

有什么建议吗？请告诉我应该调用哪些函数？

如果java没有这样的数据结构，我应该使用哪种算法来达到这样的目的？

Answer 1

如果内存允许，您可以使用 HashMap 和 ArrayList 的组合，如下所示：-

1. 将数字存储在 ArrayList arr 中。
2. 使用HashMap给映射arr[i] => i
3. 生成随机选择随机形式arrayList时

删除：-

1. 在 HashMap 中检查 num => i
2. swap(i,arr.size()-1)
3. HashMap.remove(num)
4. HashMap(arr[i])=> i
5. arr.remove(arr.size()-1)

所有操作都是O(1)，但额外O(N)空格

Answer 2

您可以将HashMap（ID 到数组索引）与数组（或ArrayList）结合使用。

add 可以在 O(1) 中完成，只需添加到数组并将 ID 和索引添加到 HashMap。

remove 可以在 O(1) 中完成，方法是从 HashMap 进行查找（和删除）以找到索引，然后将数组中的最后一个索引移动到该索引，更新该元素在HashMap 并将数组大小减一。

getRandomElement 可以通过从数组中返回一个随机元素在 O(1) 内完成。

示例：

Array: [5,3,2,4]
HashMap: [5->0, 3->1, 2->2, 4->3]

要删除 3：

Look up (and remove) key 3 in the HashMap (giving 3->1)
Swap 3 and, the last element, 4 in the array
Update 4's index in the HashMap to 1
Decrease the size of the array by 1

Array: [5,4,2]
HashMap: [5->0, 2->2, 4->1]

要加 6：

Simply add it to the array and HashMap

Array: [5,4,2,6]
HashMap: [5->0, 2->2, 4->1, 6->3]