双向链表&LRU缓存淘汰算法

三世轮回 提交于 2020-02-18 15:19:55

  • 单链表的尾结点指针指向null,表示这就是最后的结点了。
  • 循环链表是一种特殊的单链表,和单链表区别于首尾相接,其优点是从链尾到链头比较方便,适合于数据具有环型结构。
  • 双向链表的每个数据结点都包含有三个域值(pre,data,next)。从双向链表中的任意结点开始,都能够很方便地访问到它的前驱结点和后继结点。特点:1.存储同样多的数据,要占用更多的内存。2.插入和删除需同时维护 next 和 pre 两个引用。3.支持双向遍历,这是双向链表操作的灵活性。

双向链表

1.添加元素。

与单向链表相对比双向链表可以在 O(1) 时间复杂度搞定,而单向链表需要 O(n) 的时间复杂度。

头插法:将链表的左边称为链表头部,右边称为链表尾部。头插法是将右边固定,每次新增的元素都在左边头部增加。

尾插法:将链表的左边称为链表头部,右边称为链表尾部。尾插法是将左边固定,每次新增都在链表的右边最尾部。

2.查询元素

双向链表的灵活性:知道链表中的一个元素的下标就可以向左或者向右开始遍历查找需要的元素。因此对于一个有序链表,双向链表的按值查询的效率比单链表高一些。因为,我们可以记录上次查找的位置 p,每次查询时,根据要查找的值与 p 的大小关系,决定是往前还是往后查找,所以平均只需要查找一半的数据。

3.删除元素(单链表删除操作需要 O(n) 的时间复杂度,而双向链表只需要在 O(1) 的时间复杂度)

  • 删除结点中“值等于某个给定值”的结点。

  • 删除给定指针指向的结点。

     


缓存淘汰策略

缓存是一种提高数据读取性能的技术,在硬件设计、软件开发中都有着非常广泛的应用,比如常见的 CPU 缓存、数据库缓存、浏览器缓存等等。

缓存的大小有限,当缓存被用满时,哪些数据应该被清理出去,哪些数据应该被保留?这就需要缓存淘汰策略来决定。常见的策略有三种:先进先出策略 FIFO(First In,First Out)、最少使用策略 LFU(Least Frequently Used)、最近最少使用策略 LRU(Least Recently Used)。

LRU缓存淘汰算法

LRU是最近最少使用策略的缩写,是根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是“如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高”。

如何链表实现LRU?

将Cache的所有位置都用双链表连接起来,当一个位置被命中之后,通过调整链表的指向,将该位置调整到链表头的位置,新加入的Cache直接加到链表头中。

这样,在多次进行Cache操作后,最近被命中的,就会被向链表头方向移动,而没有命中的,而想链表后面移动,链表尾则表示最近最少使用的Cache。

当需要替换内容时候,链表的最后位置就是最少被命中的位置,我们只需要淘汰链表最后的部分即可。

  1. 如果此数据之前已经被缓存在链表中了,通过遍历得到这个数据对应的结点,并将其从原来的位置删除,然后再插入到链表的头部。

  2. 如果此数据没有在缓存链表中,可以分为两种情况:

  • 如果此时缓存未满,则将此结点直接插入到链表的头部;


实际上,如果缓存空间足够大,那么存储的数据也就足够多,通过缓存中命中数据的概率就越大,也就提高了代码的执行速度。这就是空间换时间的设计思想

对于程序开发来说,时间复杂度和空间复杂度是可以相互转化的。说通俗一点,就是:

  • 对于执行的慢的程序,可以通过消耗内存(即构造新的数据结构)来进行优化;

  • 而消耗内存的程序,可以通过消耗时间来降低内存的消耗。

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