python基于双向链表实现LFU算法

本文实例为大家分享了python实现LFU算法的具体代码，供大家参考，具体内容如下

在第一节中实现了 双向链表DoubleLinkedList类 ，上一节中基于双向链表实现了 LRU算法 ，本节课我们继续基于双向链表实现LFU(Least frequently used 最不经常使用)算法。

一、重写Node节点类

构建LFUNode类 继承自第一节中的Node类，添加freq属性用来表示节点使用频率

class LFUNode(Node):

? ? def __init__(self, key, value):
? ? ? ? """
? ? ? ? LFU节点 增加频率属性
? ? ? ? :param key:
? ? ? ? :param value:
? ? ? ? """
? ? ? ? self.freq = 0
? ? ? ? super(LFUNode, self).__init__(key, value)

二、LFU实现

LFU的实现除了get和put之外还有一个私有的__update_freq更新节点频率方法，读写某节点时都需要对该节点的频率属性进行更新。除了map之外新增加一个freq_map来存储每个频率下的双向链表，当达到最大容量时移除最小频率下的头部的节点。

class LFUCache(object):

? ? def __init__(self, capacity=0xffffffff):
? ? ? ? """
? ? ? ? LFU缓存置换算法 最不经常使用
? ? ? ? :param capacity:
? ? ? ? """
? ? ? ? self.capacity = capacity
? ? ? ? self.size = 0
? ? ? ? self.map = {}
? ? ? ? self.freq_map = {}

? ? def __update_freq(self, node):
? ? ? ? """
? ? ? ? 更新节点频率
? ? ? ? :param node:
? ? ? ? :return:
? ? ? ? """
? ? ? ? freq = node.freq

? ? ? ? # 当前节点所在频率存在 在当前频率链表中移除当前节点
? ? ? ? if freq in self.freq_map:
? ? ? ? ? ? node = self.freq_map[freq].remove(node)
? ? ? ? ? ? # 当前频率链表为空时删除该频率链表
? ? ? ? ? ? if self.freq_map[freq].size == 0:
? ? ? ? ? ? ? ? del self.freq_map[freq]

? ? ? ? # 将节点按照新频率写入频率链表
? ? ? ? freq += 1
? ? ? ? node.freq = freq
? ? ? ? if freq not in self.freq_map:
? ? ? ? ? ? self.freq_map[freq] = DoubleLinkedList()
? ? ? ? self.freq_map[freq].append(node)

? ? ? ? return node

? ? def get(self, key):
? ? ? ? """
? ? ? ? 获取元素
? ? ? ? :return:
? ? ? ? """
? ? ? ? # 节点不存在
? ? ? ? if key not in self.map:
? ? ? ? ? ? return None

? ? ? ? # 节点存在 更新使用频率
? ? ? ? old_node = self.map.get(key)
? ? ? ? new_node = self.__update_freq(old_node)
? ? ? ? self.map[key] = new_node

? ? ? ? return new_node.value

? ? def put(self, key, value):
? ? ? ? """
? ? ? ? 设置元素
? ? ? ? :param key:
? ? ? ? :param value:
? ? ? ? :return:
? ? ? ? """
? ? ? ? # 节点已存在 更新频率
? ? ? ? if key in self.map:
? ? ? ? ? ? old_node = self.map.get(key)
? ? ? ? ? ? old_node.value = value
? ? ? ? ? ? new_node = self.__update_freq(old_node)
? ? ? ? ? ? self.map[key] = new_node
? ? ? ? else:
? ? ? ? ? ? # 节点容量达到上限 移除最小频率链表头部的节点
? ? ? ? ? ? if self.size >= self.capacity:
? ? ? ? ? ? ? ? min_freq = min(self.freq_map)
? ? ? ? ? ? ? ? node = self.freq_map[min_freq].pop()
? ? ? ? ? ? ? ? del self.map[node.key]
? ? ? ? ? ? ? ? self.size -= 1

? ? ? ? ? ? # 构建新的节点 更新频率
? ? ? ? ? ? new_node = LFUNode(key, value)
? ? ? ? ? ? new_node = self.__update_freq(new_node)
? ? ? ? ? ? self.map[key] = new_node
? ? ? ? ? ? self.size += 1

? ? ? ? return new_node

? ? def print(self):
? ? ? ? """
? ? ? ? 打印当前链表
? ? ? ? :return:
? ? ? ? """
? ? ? ? for freq, link in self.freq_map.items():
? ? ? ? ? ? print("frequencies： %d" % freq)
? ? ? ? ? ? link.print()

三、测试逻辑

if __name__ == '__main__':
? ? lfu_cache = LFUCache(4)
? ? lfu_cache.put(1, 1)
? ? lfu_cache.print()
? ? lfu_cache.put(2, 2)
? ? lfu_cache.print()
? ? print(lfu_cache.get(1))
? ? lfu_cache.print()
? ? lfu_cache.put(3, 3)
? ? lfu_cache.print()
? ? lfu_cache.put(4, 4)
? ? lfu_cache.print()
? ? lfu_cache.put(5, 5)
? ? lfu_cache.print()
? ? print(lfu_cache.get(2))
? ? lfu_cache.put(4, 400)
? ? lfu_cache.print()

测试结果:

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。

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