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LeetCode 379 - 电话目录管理系统（Design Phone Directory）

news 2025/9/16 6:02:04

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文章目录

- 摘要
- 描述
- 题解答案
- 题解代码分析
- - 代码解析
- 示例测试及结果
- - 输出结果
- 时间复杂度
- 空间复杂度
- 总结

摘要

在日常软件开发中，我们常常需要设计类似“资源池”的功能，比如电话号码分配、账号生成、甚至是座位预定。资源池的关键点就是：要能快速分配、检查和回收。LeetCode 第 379 题“电话目录管理系统”就是一个很典型的资源池设计问题，它要求我们在有限的号码池中进行高效的分配和管理。

这道题不仅考察了数据结构的应用，还非常贴近实际场景。本文会带你从需求出发，一步步拆解实现，并且写出可运行的 Swift Demo。

描述

题目描述如下：

设计一个电话目录管理系统，支持以下 3 个操作：

get(): 提供一个未分配的号码，如果没有可用号码则返回 -1。
check(number): 检查某个号码是否未被分配。
release(number): 释放某个号码，将它重新放回号码池。

初始化时，系统会指定一个上限 maxNumbers，即最多可以存放多少个号码，号码范围是从 0 到 maxNumbers - 1。

例如：

PhoneDirectory directory = new PhoneDirectory(3);
directory.get();      // 返回 0
directory.get();      // 返回 1
directory.check(2);   // 返回 true
directory.get();      // 返回 2
directory.check(2);   // 返回 false
directory.release(2); // 释放号码 2
directory.check(2);   // 返回 true

题解答案

我们要实现一个支持 分配、检查、释放 的号码池，关键有几点：

快速获取一个未分配的号码。
快速判断某个号码是否已分配。
快速释放号码，并且保证后续可以再次分配。

常见的解法有两种：

用队列（或集合）保存所有可用的号码，每次 get() 从队列里取一个。
用一个布尔数组（或哈希集合）来标记某个号码是否被使用。

我们可以结合这两种思路：

用队列存储未分配的号码。
用 Set 记录当前已分配的号码，方便 check 操作。

这样可以在 O(1) 的时间内完成所有操作。

题解代码分析

下面是 Swift 的完整实现：

import Foundationclass PhoneDirectory {private var available: [Int]   // 队列，存储未分配的号码private var used: Set<Int>     // 已分配的号码集合init(_ maxNumbers: Int) {self.available = Array(0..<maxNumbers)self.used = Set<Int>()}// 获取一个未分配的号码func get() -> Int {if available.isEmpty {return -1}let number = available.removeFirst()used.insert(number)return number}// 检查号码是否可用func check(_ number: Int) -> Bool {return !used.contains(number)}// 释放号码func release(_ number: Int) {if used.contains(number) {used.remove(number)available.append(number)}}
}

代码解析

初始化
- available 队列存储从 0 到 maxNumbers - 1 的所有号码。
- used 集合存储已经分配出去的号码。
get()
- 如果 available 队列为空，说明没有号码可用了，返回 -1。
- 否则取出队首号码，并把它放入 used 集合。
check(number)
- 如果号码不在 used 集合里，就说明可用。
release(number)
- 如果号码在 used 里，就从 used 移除，并放回 available 队列。

示例测试及结果

我们来写一个小 Demo 测试一下：

let directory = PhoneDirectory(3)print(directory.get())    // 输出 0
print(directory.get())    // 输出 1
print(directory.check(2)) // 输出 true
print(directory.get())    // 输出 2
print(directory.check(2)) // 输出 false
directory.release(2)      
print(directory.check(2)) // 输出 true