Задача: 381. Insert Delete GetRandom O(1) - Duplicates allowed
Сложность: hard

RandomizedCollection — это структура данных, содержащая набор чисел, возможно с дубликатами (т.е. мультимножество). Она должна поддерживать вставку и удаление определенных элементов, а также предоставление случайного элемента.

Реализуйте класс RandomizedCollection:

RandomizedCollection(): Инициализирует пустой объект RandomizedCollection.
bool insert(int val): Вставляет элемент val в мультимножество, даже если элемент уже присутствует. Возвращает true, если элемента не было, и false в противном случае.
bool remove(int val): Удаляет элемент val из мультимножества, если он присутствует. Возвращает true, если элемент присутствовал, и false в противном случае. Если у val несколько вхождений в мультимножестве, удаляется только одно из них.
int getRandom(): Возвращает случайный элемент из текущего мультимножества. Вероятность возврата каждого элемента пропорциональна числу вхождений этого элемента в мультимножество.
Реализуйте функции класса так, чтобы каждая функция работала в среднем за O(1) времени.

Пример:

Input
["RandomizedCollection", "insert", "insert", "insert", "getRandom", "remove", "getRandom"]
[[], [1], [1], [2], [], [1], []]
Output
[null, true, false, true, 2, true, 1]

👨‍💻 Алгоритм:

1⃣Создать словарь для хранения значений и их индексов в списке, а также список для хранения всех элементов мультимножества.

2⃣Метод insert(val): Добавить значение в конец списка и обновить словарь, добавив индекс этого значения. Возвращать true, если значение отсутствовало ранее, и false в противном случае.
Метод remove(val): Удалить одно вхождение значения из словаря и списка. Для удаления значения заменить его последним элементом списка и обновить словарь. Возвращать true, если значение присутствовало, и false в противном случае.

3⃣Метод getRandom(): Возвращать случайный элемент из списка, обеспечивая равновероятное распределение на основе количества вхождений каждого элемента.

😎 Решение:

import random
from collections import defaultdict

class RandomizedCollection:
    def __init__(self):
        self.dict = defaultdict(set)
        self.list = []

    def insert(self, val: int) -> bool:
        self.dict[val].add(len(self.list))
        self.list.append(val)
        return len(self.dict[val]) == 1

    def remove(self, val: int) -> bool:
        if not self.dict[val]:
            return False
        index = self.dict[val].pop()
        last_element = self.list[-1]
        self.list[index] = last_element
        self.dict[last_element].add(index)
        self.dict[last_element].discard(len(self.list) - 1)
        self.list.pop()
        if not self.dict[val]:
            del self.dict[val]
        return True

    def getRandom(self) -> int:
        return random.choice(self.list)

Ставь 👍 и забирай 📚 Базу знаний