lru页面置换算法python

LRU (Least Recently Used) 页面置换算法是一种常用的计算机内存管理策略，主要用于解决虚拟内存中的缓存替换问题。当系统内存不足时，它会淘汰最近最少使用的页面，以便腾出空间给新访问的数据。

在Python中，虽然标准库并未直接提供对LRU算法的实现，但我们可以通过第三方库如`cachetools`来轻松地应用这个概念。`cachetools.lru`模块提供了LRU Cache的功能，例如：

from cachetools import LRUCache

# 创建一个大小为10的LRU缓存
cache = LRUCache(maxsize=10)

# 存储数据
cache['key1'] = 'value1'
cache['key2'] = 'value2'

# 如果缓存已满，最近最少使用的键会被自动移除，比如 'key3' 被替换掉
cache['key3'] = 'value3'

# 获取值
print(cache.get('key1'))  # 输出 'value1'

当你尝试获取一个不存在于缓存中的键时，`get()`函数会返回None。这就是LRU缓存的工作原理。

相关问题

LRU页面置换算法代码

以下是LRU页面置换算法的Python代码实现：

class LRUCache:
    def __init__(self, capacity):
        self.capacity = capacity
        self.cache = {}
        self.keys = []

    def get(self, key):
        if key in self.cache:
            self.keys.remove(key)
            self.keys.append(key)
            return self.cache[key]
        return -1

    def put(self, key, value):
        if key in self.cache:
            self.keys.remove(key)
        elif len(self.cache) == self.capacity:
            del self.cache[self.keys[0]]
            del self.keys[0]
        self.keys.append(key)
        self.cache[key] = value

在这个实现中，我们使用了一个字典来缓存页面和它们的值，并使用一个列表来跟踪页面的访问顺序。当一个页面被访问时，我们将它移动到列表的末尾。当缓存满时，我们从字典中删除列表的第一个页面并从列表中删除，以便为新页面腾出空间。

LRU页面置换算法实现

LRU页面置换算法实现需要以下步骤：

1. 建立一个双向链表，用于维护页面的使用顺序。链表头表示最近最少使用的页面，链表尾表示最近使用的页面。

2. 建立一个哈希表，用于快速查找页面是否在内存中，并保存页面在链表中的位置。

3. 当需要访问一个页面时，先在哈希表中查找是否在内存中。如果在内存中，将该页面移动到链表头；如果不在内存中，进行页面置换。

4. 当内存不足时，需要选择一个页面进行置换。选择链表尾的页面进行置换，因为它是最近最少使用的页面。

5. 从链表尾删除该页面，并从哈希表中删除该页面的记录。

6. 将新页面加入链表头，并在哈希表中记录该页面的位置。

7. 重复上述步骤，直到访问完所有页面。

下面是一个简单的Python实现：

class LRUCache:
    def __init__(self, capacity: int):
        self.capacity = capacity
        self.cache = {}
        self.head = Node(0, 0)
        self.tail = Node(0, 0)
        self.head.next = self.tail
        self.tail.prev = self.head

    def get(self, key: int) -> int:
        if key in self.cache:
            node = self.cache[key]
            self._remove(node)
            self._add(node)
            return node.val
        else:
            return -1

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        if key in self.cache:
            self._remove(self.cache[key])
        node = Node(key, value)
        self.cache[key] = node
        self._add(node)
        if len(self.cache) > self.capacity:
            node = self.head.next
            self._remove(node)
            del self.cache[node.key]

    def _add(self, node):
        p = self.tail.prev
        p.next = node
        node.prev = p
        node.next = self.tail
        self.tail.prev = node

    def _remove(self, node):
        p = node.prev
        n = node.next
        p.next = n
        n.prev = p

class Node:
    def __init__(self, k, v):
        self.key = k
        self.val = v
        self.prev = None
        self.next = None

其中，LRUCache类实现了LRU页面置换算法，get方法用于获取页面，put方法用于添加页面，_add和_remove方法用于链表操作，Node类表示链表节点。