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981. 基于时间的键值存储

English Version

题目描述

设计一个基于时间的键值数据结构，该结构可以在不同时间戳存储对应同一个键的多个值，并针对特定时间戳检索键对应的值。

实现 TimeMap 类：

  • TimeMap() 初始化数据结构对象
  • void set(String key, String value, int timestamp) 存储键 key、值 value，以及给定的时间戳 timestamp。
  • String get(String key, int timestamp)
    • 返回先前调用 set(key, value, timestamp_prev) 所存储的值，其中 timestamp_prev <= timestamp 。
    • 如果有多个这样的值，则返回对应最大的  timestamp_prev 的那个值。
    • 如果没有值，则返回空字符串（""）。
 

示例：

输入：
["TimeMap", "set", "get", "get", "set", "get", "get"]
[[], ["foo", "bar", 1], ["foo", 1], ["foo", 3], ["foo", "bar2", 4], ["foo", 4], ["foo", 5]]
输出：
[null, null, "bar", "bar", null, "bar2", "bar2"]

解释：
TimeMap timeMap = new TimeMap();
timeMap.set("foo", "bar", 1);  // 存储键 "foo" 和值 "bar" ，时间戳 timestamp = 1   
timeMap.get("foo", 1);         // 返回 "bar"
timeMap.get("foo", 3);         // 返回 "bar", 因为在时间戳 3 和时间戳 2 处没有对应 "foo" 的值，所以唯一的值位于时间戳 1 处（即 "bar"） 。
timeMap.set("foo", "bar2", 4); // 存储键 "foo" 和值 "bar2" ，时间戳 timestamp = 4  
timeMap.get("foo", 4);         // 返回 "bar2"
timeMap.get("foo", 5);         // 返回 "bar2"

 

提示：

  • 1 <= key.length, value.length <= 100
  • key 和 value 由小写英文字母和数字组成
  • 1 <= timestamp <= 107
  • set 操作中的时间戳 timestamp 都是严格递增的
  • 最多调用 set 和 get 操作 2 * 105 次

解法

方法一：哈希表 + 有序集合（或二分查找）

我们可以用哈希表 $ktv$ 记录键值对，其中键为字符串 $key$，值为一个列表，列表中的每个元素为一个二元组 $(timestamp, value)$，表示键 $key$ 在时间戳 $timestamp$ 时对应的值为 $value$。

当我们需要查询键 $key$ 在时间戳 $timestamp$ 时对应的值时，我们可以通过二分查找的方法在 $ktv[key]$ 中找到最大的时间戳 $timestamp'$，使得 $timestamp' \leq timestamp$，然后返回对应的值即可。

时间复杂度方面，对于 $set$ 操作，由于哈希表的插入操作的时间复杂度为 $O(1)$，因此时间复杂度为 $O(1)$。对于 $get$ 操作，由于哈希表的查找操作的时间复杂度为 $O(1)$，而二分查找的时间复杂度为 $O(\log n)$，因此时间复杂度为 $O(\log n)$。空间复杂度为 $O(n)$，其中 $n$ 为 $set$ 操作的次数。

Python3

class TimeMap:
    def __init__(self):
        self.ktv = defaultdict(list)

    def set(self, key: str, value: str, timestamp: int) -> None:
        self.ktv[key].append((timestamp, value))

    def get(self, key: str, timestamp: int) -> str:
        if key not in self.ktv:
            return ''
        tv = self.ktv[key]
        i = bisect_right(tv, (timestamp, chr(127)))
        return tv[i - 1][1] if i else ''


# Your TimeMap object will be instantiated and called as such:
# obj = TimeMap()
# obj.set(key,value,timestamp)
# param_2 = obj.get(key,timestamp)

Java

class TimeMap {
    private Map<String, TreeMap<Integer, String>> ktv = new HashMap<>();

    public TimeMap() {
    }

    public void set(String key, String value, int timestamp) {
        ktv.computeIfAbsent(key, k -> new TreeMap<>()).put(timestamp, value);
    }

    public String get(String key, int timestamp) {
        if (!ktv.containsKey(key)) {
            return "";
        }
        var tv = ktv.get(key);
        Integer t = tv.floorKey(timestamp);
        return t == null ? "" : tv.get(t);
    }
}

/**
 * Your TimeMap object will be instantiated and called as such:
 * TimeMap obj = new TimeMap();
 * obj.set(key,value,timestamp);
 * String param_2 = obj.get(key,timestamp);
 */

C++

class TimeMap {
public:
    TimeMap() {
    }

    void set(string key, string value, int timestamp) {
        ktv[key].emplace_back(timestamp, value);
    }

    string get(string key, int timestamp) {
        auto& pairs = ktv[key];
        pair<int, string> p = {timestamp, string({127})};
        auto i = upper_bound(pairs.begin(), pairs.end(), p);
        return i == pairs.begin() ? "" : (i - 1)->second;
    }

private:
    unordered_map<string, vector<pair<int, string>>> ktv;
};

/**
 * Your TimeMap object will be instantiated and called as such:
 * TimeMap* obj = new TimeMap();
 * obj->set(key,value,timestamp);
 * string param_2 = obj->get(key,timestamp);
 */

Go

type TimeMap struct {
	ktv map[string][]pair
}

func Constructor() TimeMap {
	return TimeMap{map[string][]pair{}}
}

func (this *TimeMap) Set(key string, value string, timestamp int) {
	this.ktv[key] = append(this.ktv[key], pair{timestamp, value})
}

func (this *TimeMap) Get(key string, timestamp int) string {
	pairs := this.ktv[key]
	i := sort.Search(len(pairs), func(i int) bool { return pairs[i].t > timestamp })
	if i > 0 {
		return pairs[i-1].v
	}
	return ""
}

type pair struct {
	t int
	v string
}

/**
 * Your TimeMap object will be instantiated and called as such:
 * obj := Constructor();
 * obj.Set(key,value,timestamp);
 * param_2 := obj.Get(key,timestamp);
 */

...