【LeetCode - 每日1题】设计路由器

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难度 ⭐⭐⭐

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题目回顾

请你设计一个数据结构来高效管理网络路由器中的数据包。每个数据包包含以下属性：

• source：生成该数据包的机器的唯一标识符。
• destination：目标机器的唯一标识符。
• timestamp：该数据包到达路由器的时间戳。

实现 Router 类：
Router(int memoryLimit)：初始化路由器对象，并设置固定的内存限制。

• emoryLimit 是路由器在任意时间点可以存储的 最大 数据包数量。
• 如果添加一个新数据包会超过这个限制，则必须移除 最旧的 数据包以腾出空间。

bool addPacket(int source, int destination, int timestamp)：将具有给定属性的数据包添加到路由器。

• 如果路由器中已经存在一个具有相同 source、destination 和 timestamp 的数据包，则视为重复数据包。
• 如果数据包成功添加（即不是重复数据包），返回 true；否则返回 false。

int[] forwardPacket()：以 FIFO（先进先出）顺序转发下一个数据包。

• 从存储中移除该数据包。
• 以数组 [source, destination, timestamp] 的形式返回该数据包。
• 如果没有数据包可以转发，则返回空数组。

int getCount(int destination, int startTime, int endTime)：

• 返回当前存储在路由器中（即尚未转发）的，且目标地址为指定 destination 且时间戳在范围 [startTime, endTime]（包括两端）内的数据包数量。

注意：对于 addPacket 的查询会按照 timestamp 的递增顺序进行。
示例 1：

输入：
[“Router”, “addPacket”, “addPacket”, “addPacket”, “addPacket”, “addPacket”, “forwardPacket”, “addPacket”, “getCount”]
[[3], [1, 4, 90], [2, 5, 90], [1, 4, 90], [3, 5, 95], [4, 5, 105], [], [5, 2, 110], [5, 100, 110]]
输出：
[null, true, true, false, true, true, [2, 5, 90], true, 1]
解释：
Router router = new Router(3); // 初始化路由器，内存限制为 3。
router.addPacket(1, 4, 90); // 数据包被添加，返回 True。
router.addPacket(2, 5, 90); // 数据包被添加，返回 True。
router.addPacket(1, 4, 90); // 这是一个重复数据包，返回 False。
router.addPacket(3, 5, 95); // 数据包被添加，返回 True。
router.addPacket(4, 5, 105); // 数据包被添加，[1, 4, 90] 被移除，因为数据包数量超过限制，返回 True。
router.forwardPacket(); // 转发数据包 [2, 5, 90] 并将其从路由器中移除。
router.addPacket(5, 2, 110); // 数据包被添加，返回 True。
router.getCount(5, 100, 110); // 唯一目标地址为 5 且时间在 [100, 110] 范围内的数据包是 [4, 5, 105]，返回 1。

示例 2：

输入：
[“Router”, “addPacket”, “forwardPacket”, “forwardPacket”]
[[2], [7, 4, 90], [], []]
输出：
[null, true, [7, 4, 90], []]
解释：
Router router = new Router(2); // 初始化路由器，内存限制为 2。
router.addPacket(7, 4, 90); // 返回 True。
router.forwardPacket(); // 返回 [7, 4, 90]。
router.forwardPacket(); // 没有数据包可以转发，返回 []。

提示：

• 2 <= memoryLimit <= 10**5
• 1 <= source, destination <= 2 * 10**5
• 1 <= timestamp <= 10**9
• 1 <= startTime <= endTime <= 10**9
• addPacket、forwardPacket 和 getCount 方法的总调用次数最多为 10**5。
• 对于 addPacket 的查询，timestamp 按递增顺序给出。

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✅解题思路

💖概述

设计一个路由器数据结构，支持添加数据包（避免重复）、FIFO转发数据包，以及查询特定目标地址在时间范围内的数据包数量。核心在于高效处理内存限制下的数据包管理，避免重复，并支持快速范围查询。

💓核心思路

1. ​​内存管理​​：使用队列（FIFO）维护数据包顺序，当内存满时移除最旧数据包。
2. 去重​​：使用集合快速检查重复数据包（三元组(source, destination, timestamp)）。
3. ​​范围查询​​：为每个目标地址维护一个时间戳队列（按添加顺序递增），利用二分查找高效计数。
4. ​​动态维护​​：添加数据包时触发内存检查，转发时同步移除相关数据。

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✅代码实现

from bisect import bisect_left, bisect_right
from collections import deque, defaultdict
from typing import Listclass Router:def __init__(self, memoryLimit: int):self.memory_limit = memoryLimitself.packet_q = deque()  # 数据包队列（FIFO）self.packet_set =