Leetcode-380. 常数时间插入、删除和获取随机元素

380. 常数时间插入、删除和获取随机元素
设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构。

insert(val)：当元素 val 不存在时，向集合中插入该项。
remove(val)：元素 val 存在时，从集合中移除该项。
getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有相同的概率被返回。
示例 :

// 初始化一个空的集合。
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
randomSet.insert(1);

// 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
randomSet.remove(2);

// 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
randomSet.insert(2);

// getRandom 应随机返回 1 或 2 。
randomSet.getRandom();

// 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
randomSet.remove(1);

// 2 已在集合中，所以返回 false 。
randomSet.insert(2);

// 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。
randomSet.getRandom();

运行结果

解题思路
利用数组存储---随机返回时，通过获取随机的索引返回值
利用map存储值到index的映射
添加时，添加在可变数组的右侧
删除时：先通过将其交换到最后，再删除（严格按照先交换再删除，为了使一共一个元素的情况正确）
在上述所有改变操作的过程中都需要同步修改映射和数组
java代码

class RandomizedSet {
    public List<Integer> nums;
    public Map<Integer,Integer> map;
    Random rand = new Random();

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

    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    public boolean insert(int val) {
        if(map.containsKey(val)){
            return false;
        }
        int index=nums.size();
        nums.add(val);
        map.put(val,index);
        return true;
    }

    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    public boolean remove(int val) {
        if(map.containsKey(val)){
            int index=map.get(val);
            //交换index到最后
            int lastval=nums.get(nums.size()-1);
            nums.set(index,lastval);
            //删除末尾
            nums.remove(nums.size()-1);
            //映射改变，映射删除
            map.put(lastval,index);
            map.remove(val);
            return true;
        }
        return false;
    }

    /** Get a random element from the set. */
    public int getRandom() {
        if(nums.size() == 0) return -1;
        return nums.get((int)(Math.random() * nums.size()));
    }
}

/**
 * Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedSet obj = new RandomizedSet();
 * boolean param_1 = obj.insert(val);
 * boolean param_2 = obj.remove(val);
 * int param_3 = obj.getRandom();
 */