【坚持每日一题10.21】插入、删除和随机访问都是 O(1) 的容器

设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构：

insert(val)：当元素 val 不存在时返回 true ，并向集合中插入该项，否则返回 false 。
remove(val)：当元素 val 存在时返回 true ，并从集合中移除该项，否则返回 false 。
getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

示例 :

输入: inputs = [“RandomizedSet”, “insert”, “remove”, “insert”, “getRandom”, “remove”, “insert”, “getRandom”]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出: [null, true, false, true, 2, true, false, 2]
解释:
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet(); // 初始化一个空的集合
randomSet.insert(1); // 向集合中插入 1 ， 返回 true 表示 1 被成功地插入

randomSet.remove(2); // 返回 false，表示集合中不存在 2

randomSet.insert(2); // 向集合中插入 2 返回 true ，集合现在包含 [1,2]

randomSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2

randomSet.remove(1); // 从集合中移除 1 返回 true 。集合现在包含 [2]

randomSet.insert(2); // 2 已在集合中，所以返回 false

randomSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2

class RandomizedSet {
    private HashMap map; // 保存元素在 list 中的位置
    private ArrayList list; // 保存元素的list
    private Random random; // 生成随机数

    // 初始化
    public RandomizedSet() {
        list = new ArrayList<>();
        map = new HashMap<>();
        random = new Random();
    }

    // 插入一个元素，如果已经存在则返回 false, 如果不存在则将其插入，并返回true
    public boolean insert(int val) {
        if(map.containsKey(val))
            return false;
        // 如果元素不存在，则将其插入
        list.add(val);
        // 同时，将元素与对应的索引记录到 map 中
        map.put(val,list.size() - 1);
        return true;
    }

    // 删除一个元素，如果不存在这个元素则返回 false, 如果存在则将其删除，并返回true;
    public boolean remove(int val) {
        if(!map.containsKey(val))
            return false;
        // 获取待删除元素在 list 中的位置。
        Integer index = map.get(val);
        // 获取 list 中的最后一个元素
        Integer lastEle = list.get(list.size() - 1);
        // 在待删除元素的位置上，将其设置为 最后一个元素，相当于把它删除了
        list.set(index, lastEle);
        // 同时更新 最后一个元素 在数组中的索引映射关系
        map.put(lastEle, index);
        // 直接将最后一个删除（最后一个元素已经被保存在原待删除元素的位置上了）
        list.remove(list.size() - 1);
        // map 中也要将待删除元素的索引关系删除
        map.remove(val);
        
        return true;
    }

    // 随机获取一个元素
    public int getRandom() {
        return list.get(random.nextInt(list.size()));
    }
}