用 C 语言实现 LFU 算法

很高兴回答你的问题。LFU（Least Frequently Used）算法是一种缓存淘汰算法，用于在内存中缓存最近使用频率最低的数据。要使用 C 语言实现 LFU 算法，需要使用数据结构，如哈希表或双向链表，来快速访问缓存中的数据，并使用计数器来跟踪每个数据项的使用频率。实现过程包括以下步骤：

1. 初始化哈希表或双向链表，其中包含缓存的数据项；
2. 创建一个计数器数组，用于记录每个数据项的使用频率；
3. 当有新的数据项插入缓存时，将其插入哈希表或双向链表中，并将其使用频率记录为1；
4. 当缓存达到最大容量时，删除使用频率最低的数据项，即计数器数组中的最小值；
5. 每次访问缓存中的数据项时，将其使用频率加1，并更新计数器数组；
6. 如果缓存中存在多个使用频率相同的数据项，删除最先进入缓存的数据项。

希望对你有所帮助。

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lfu算法c语言

以下是 C 语言实现的 LFU 算法示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define CACHE_SIZE 5

typedef struct Node {
    int key;
    int value;
    int freq;
    struct Node *prev;
    struct Node *next;
} Node;

typedef struct {
    Node *head;
    Node *tail;
} List;

typedef struct {
    int size;
    int capacity;
    List *freq_list;
    Node **cache;
} LFUCache;

Node *create_node(int key, int value) {
    Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    node->key = key;
    node->value = value;
    node->freq = 1;
    node->prev = NULL;
    node->next = NULL;
    return node;
}

List *create_list() {
    List *list = (List *)malloc(sizeof(List));
    list->head = NULL;
    list->tail = NULL;
    return list;
}

LFUCache *create_cache(int capacity) {
    LFUCache *cache = (LFUCache *)malloc(sizeof(LFUCache));
    cache->size = 0;
    cache->capacity = capacity;
    cache->freq_list = (List *)malloc(sizeof(List) * (CACHE_SIZE + 1));
    cache->cache = (Node **)calloc(capacity, sizeof(Node *));
    return cache;
}

void delete_node(LFUCache *cache, Node *node) {
    List *list = &cache->freq_list[node->freq];
    if (node->prev == NULL) {
        list->head = node->next;
    } else {
        node->prev->next = node->next;
    }
    if (node->next == NULL) {
        list->tail = node->prev;
    } else {
        node->next->prev = node->prev;
    }
    cache->size--;
    free(node);
}

void insert_node(LFUCache *cache, Node *node) {
    List *list = &cache->freq_list[node->freq];
    if (list->head == NULL) {
        list->head = node;
        list->tail = node;
    } else {
        node->next = list->head;
        list->head->prev = node;
        list->head = node;
    }
    cache->size++;
}

void update_node(LFUCache *cache, Node *node) {
    delete_node(cache, node);
    node->freq++;
    insert_node(cache, node);
}

void remove_least_frequent_node(LFUCache *cache) {
    int i = 1;
    List *list;
    while (i <= CACHE_SIZE && (list = &cache->freq_list[i])->head == NULL) {
        i++;
    }
    if (i > CACHE_SIZE) {
        return;
    }
    Node *node = list->tail;
    delete_node(cache, node);
    cache->cache[node->key] = NULL;
}

int get(LFUCache *cache, int key) {
    if (cache->capacity == 0) {
        return -1;
    }
    Node *node = cache->cache[key];
    if (node == NULL) {
        return -1;
    }
    update_node(cache, node);
    return node->value;
}

void put(LFUCache *cache, int key, int value) {
    if (cache->capacity == 0) {
        return;
    }
    Node *node = cache->cache[key];
    if (node == NULL) {
        if (cache->size == cache->capacity) {
            remove_least_frequent_node(cache);
        }
        node = create_node(key, value);
        cache->cache[key] = node;
        insert_node(cache, node);
    } else {
        node->value = value;
        update_node(cache, node);
    }
}

int main() {
    LFUCache *cache = create_cache(2);
    put(cache, 1, 1);
    put(cache, 2, 2);
    printf("%d\n", get(cache, 1)); // 1
    put(cache, 3, 3);
    printf("%d\n", get(cache, 2)); // -1
    printf("%d\n", get(cache, 3)); // 3
    put(cache, 4, 4);
    printf("%d\n", get(cache, 1)); // -1
    printf("%d\n", get(cache, 3)); // 3
    printf("%d\n", get(cache, 4)); // 4
    return 0;
}

该示例中，LFUCache 结构体表示 LFU 缓存，它包含了缓存的大小、容量、频率列表和缓存数组。Node 结构体表示缓存中的节点，它包含了键、值、频率以及前驱和后继节点。List 结构体表示频率列表，它包含了头节点和尾节点。create_node() 函数用于创建节点，create_list() 函数用于创建列表，create_cache() 函数用于创建缓存。delete_node() 函数用于删除节点，insert_node() 函数用于插入节点，update_node() 函数用于更新节点，remove_least_frequent_node() 函数用于删除最不经常使用的节点。get() 函数用于获取缓存中指定键的值，put() 函数用于向缓存中插入指定键值对。

示例中的 put() 函数实现比较复杂，需要分别处理插入新节点和更新已有节点的情况，还需要删除最不经常使用的节点以腾出空间。因此，put() 函数的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 为缓存的容量。get() 函数的实现相对简单，只需要更新节点的频率即可，因此时间复杂度为 O(1)。

实现最不经常使用算法（LFU）代码c语言

LFU（Least Frequently Used）算法是一种缓存淘汰算法，它根据缓存中每个条目的使用频率来选择要淘汰的条目。以下是一个简单的 LFU 算法的 C 语言实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct node {
    int key;
    int value;
    int freq;
    struct node* prev;
    struct node* next;
} Node;

typedef struct {
    int size;
    int capacity;
    Node* head;
    Node* tail;
    Node** freqList;
} LFUCache;

Node* createNode(int key, int value) {
    Node* node = (Node*) malloc(sizeof(Node));
    node->key = key;
    node->value = value;
    node->freq = 1;
    node->prev = NULL;
    node->next = NULL;
    return node;
}

LFUCache* createLFUCache(int capacity) {
    LFUCache* cache = (LFUCache*) malloc(sizeof(LFUCache));
    cache->size = 0;
    cache->capacity = capacity;
    cache->head = NULL;
    cache->tail = NULL;
    cache->freqList = (Node**) calloc(capacity + 1, sizeof(Node*));
    return cache;
}

void deleteNode(LFUCache* cache, Node* node) {
    if (node == cache->head) {
        cache->head = node->next;
    } else if (node == cache->tail) {
        cache->tail = node->prev;
        cache->tail->next = NULL;
    } else {
        node->prev->next = node->next;
        node->next->prev = node->prev;
    }
    cache->size--;
    cache->freqList[node->freq] = NULL;
    free(node);
}

void insertNode(LFUCache* cache, Node* node) {
    if (cache->head == NULL) {
        cache->head = node;
        cache->tail = node;
    } else {
        node->next = cache->head;
        cache->head->prev = node;
        cache->head = node;
    }
    cache->size++;
    cache->freqList[node->freq] = node;
}

int get(LFUCache* cache, int key) {
    Node* node = cache->freqList[key];
    if (node == NULL) {
        return -1;
    }
    node->freq++;
    if (node != cache->head) {
        deleteNode(cache, node);
        insertNode(cache, node);
    }
    return node->value;
}

void put(LFUCache* cache, int key, int value) {
    if (cache->capacity == 0) {
        return;
    }
    Node* node = cache->freqList[key];
    if (node != NULL) {
        node->value = value;
        node->freq++;
        if (node != cache->head) {
            deleteNode(cache, node);
            insertNode(cache, node);
        }
    } else {
        node = createNode(key, value);
        if (cache->size == cache->capacity) {
            Node* tail = cache->tail;
            deleteNode(cache, tail);
        }
        insertNode(cache, node);
    }
}

void printCache(LFUCache* cache) {
    Node* node = cache->head;
    while (node != NULL) {
        printf("(%d:%d:%d) ", node->key, node->value, node->freq);
        node = node->next;
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    LFUCache* cache = createLFUCache(2);
    put(cache, 1, 1);
    put(cache, 2, 2);
    printCache(cache);
    printf("%d\n", get(cache, 1));
    printCache(cache);
    put(cache, 3, 3);
    printCache(cache);
    printf("%d\n", get(cache, 2));
    printf("%d\n", get(cache, 3));
    put(cache, 4, 4);
    printf("%d\n", get(cache, 1));
    printf("%d\n", get(cache, 3));
    printf("%d\n", get(cache, 4));
    printCache(cache);
    return 0;
}

在这个实现中，LFUCache 结构体维护了缓存的大小和容量，以及缓存中每个访问频率的节点。Node 结构体表示缓存中的每个元素。createNode 函数用于创建新节点，insertNode 函数用于将节点插入到缓存中，deleteNode 函数用于从缓存中删除节点，get 函数用于获取缓存中指定键的值，并将节点的访问频率加一，put 函数用于将新元素放入缓存中。最后，printCache 函数用于打印缓存中的所有元素。

在 main 函数中，我们创建一个大小为 2 的 LFU 缓存，向其中插入两个元素，打印缓存中的所有元素，然后获取键为 1 的元素，再次打印缓存中的所有元素，向缓存中插入一个新元素，打印缓存中的所有元素，获取键为 2 和 3 的元素，向缓存中插入一个新元素，并打印缓存中的所有元素。