[LeetCode] 2336. Smallest Number in Infinite Set

You have a set which contains all positive integers [1, 2, 3, 4, 5, …].

Implement the SmallestInfiniteSet class:
SmallestInfiniteSet() Initializes the SmallestInfiniteSet object to contain all positive integers.
int popSmallest() Removes and returns the smallest integer contained in the infinite set.
void addBack(int num) Adds a positive integer num back into the infinite set, if it is not already in the infinite set.

Example 1:
Input
[“SmallestInfiniteSet”, “addBack”, “popSmallest”, “popSmallest”, “popSmallest”, “addBack”, “popSmallest”, “popSmallest”, “popSmallest”]
[[], [2], [], [], [], [1], [], [], []]
Output
[null, null, 1, 2, 3, null, 1, 4, 5]

Explanation
SmallestInfiniteSet smallestInfiniteSet = new SmallestInfiniteSet();
smallestInfiniteSet.addBack(2); // 2 is already in the set, so no change is made.
smallestInfiniteSet.popSmallest(); // return 1, since 1 is the smallest number, and remove it from the set.
smallestInfiniteSet.popSmallest(); // return 2, and remove it from the set.
smallestInfiniteSet.popSmallest(); // return 3, and remove it from the set.
smallestInfiniteSet.addBack(1); // 1 is added back to the set.
smallestInfiniteSet.popSmallest(); // return 1, since 1 was added back to the set and
// is the smallest number, and remove it from the set.
smallestInfiniteSet.popSmallest(); // return 4, and remove it from the set.
smallestInfiniteSet.popSmallest(); // return 5, and remove it from the set.
Constraints:

1 <= num <= 1000
At most 1000 calls will be made in total to popSmallest and addBack.

无限集中的最小数字。

现有一个包含所有正整数的集合 [1, 2, 3, 4, 5, …] 。
实现 SmallestInfiniteSet 类：
SmallestInfiniteSet() 初始化 SmallestInfiniteSet 对象以包含 所有 正整数。
int popSmallest() 移除 并返回该无限集中的最小整数。
void addBack(int num) 如果正整数 num 不 存在于无限集中，则将一个 num 添加 到该无限集中。
来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode.cn/problems/smallest-number-in-infinite-set
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思路

思路是最小堆 + hashset。初始化的时候，我们将 1 - 1000 这些数字都分别放入最小堆和 hashset 中。
pop() 很好判断，就是从最小堆中弹出一个元素即可，同时在 hashset 中也移除这个元素。
addBack() 需要判断最小堆中是否已经存在这个数字了，如果不存在才加回去。注意 testcase 中对于 add 操作，给的数字不一定是已经弹出的元素。

复杂度

时间O(nlogn)
空间O(n)

代码

Java实现

class SmallestInfiniteSet {
    PriorityQueue<Integer> queue;
    Set<Integer> set;

    public SmallestInfiniteSet() {
        queue = new PriorityQueue<>();
        set = new HashSet<>();
        for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
            queue.offer(i);
            set.add(i);
        }
    }

    public int popSmallest() {
        if (!queue.isEmpty()) {
            set.remove(queue.peek());
            return queue.poll();
        }
        return -1;
    }

    public void addBack(int num) {
        if (!set.contains(num)) {
            set.add(num);
            queue.offer(num);
        }
    }
}

/**
 * Your SmallestInfiniteSet object will be instantiated and called as such:
 * SmallestInfiniteSet obj = new SmallestInfiniteSet();
 * int param_1 = obj.popSmallest();
 * obj.addBack(num);
 */