1603-设计停车系统(Design Parking System)

原文链接: https://leetcode-cn.com/problems/design-parking-system

英文原文

Design a parking system for a parking lot. The parking lot has three kinds of parking spaces: big, medium, and small, with a fixed number of slots for each size.

Implement the ParkingSystem class:

ParkingSystem(int big, int medium, int small) Initializes object of the ParkingSystem class. The number of slots for each parking space are given as part of the constructor.
bool addCar(int carType) Checks whether there is a parking space of carType for the car that wants to get into the parking lot. carType can be of three kinds: big, medium, or small, which are represented by 1, 2, and 3 respectively. A car can only park in a parking space of its carType. If there is no space available, return false, else park the car in that size space and return true.

Example 1:

Input
["ParkingSystem", "addCar", "addCar", "addCar", "addCar"]
[[1, 1, 0], [1], [2], [3], [1]]
Output
[null, true, true, false, false]

Explanation
ParkingSystem parkingSystem = new ParkingSystem(1, 1, 0);
parkingSystem.addCar(1); // return true because there is 1 available slot for a big car
parkingSystem.addCar(2); // return true because there is 1 available slot for a medium car
parkingSystem.addCar(3); // return false because there is no available slot for a small car
parkingSystem.addCar(1); // return false because there is no available slot for a big car. It is already occupied.

Constraints:

0 <= big, medium, small <= 1000
carType is 1, 2, or 3
At most 1000 calls will be made to addCar

中文题目

请你给一个停车场设计一个停车系统。停车场总共有三种不同大小的车位：大，中和小，每种尺寸分别有固定数目的车位。

请你实现 ParkingSystem 类：

ParkingSystem(int big, int medium, int small) 初始化 ParkingSystem 类，三个参数分别对应每种停车位的数目。
bool addCar(int carType) 检查是否有 carType 对应的停车位。 carType 有三种类型：大，中，小，分别用数字 1， 2 和 3 表示。一辆车只能停在 carType 对应尺寸的停车位中。如果没有空车位，请返回 false ，否则将该车停入车位并返回 true 。

示例 1：

输入：
["ParkingSystem", "addCar", "addCar", "addCar", "addCar"]
[[1, 1, 0], [1], [2], [3], [1]]
输出：
[null, true, true, false, false]

解释：
ParkingSystem parkingSystem = new ParkingSystem(1, 1, 0);
parkingSystem.addCar(1); // 返回 true ，因为有 1 个空的大车位
parkingSystem.addCar(2); // 返回 true ，因为有 1 个空的中车位
parkingSystem.addCar(3); // 返回 false ，因为没有空的小车位
parkingSystem.addCar(1); // 返回 false ，因为没有空的大车位，唯一一个大车位已经被占据了

提示：

0 <= big, medium, small <= 1000
carType 取值为 1， 2 或 3
最多会调用 addCar 函数 1000 次

通过代码

高赞题解

简单变量

一个简单的做法是，直接使用几个成员变量来记录。

[]
class ParkingSystem {
    int big, medium, small;
    public ParkingSystem(int _big, int _medium, int _small) {
        big = _big; 
        medium = _medium; 
        small = _small;
    }
    
    public boolean addCar(int ct) {
        if (ct == 1 && big > 0) return big-- > 0;
        else if (ct == 2 && medium > 0) return medium-- > 0;
        else if (ct == 3 && small > 0) return small-- > 0;
        return false;
    }
}

时间复杂度：$O(1)$
空间复杂度：$O(1)$

哈希表

另外一个更好拓展的方法，使用哈希表来进行记录。

这样做的好处是，当增加车类型，只需要重载一个构造方法即可。

[]
class ParkingSystem {
    Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
    public ParkingSystem(int _big, int _medium, int _small) {
        map.put(1, _big);
        map.put(2, _medium);
        map.put(3, _small);
    }
    
    public boolean addCar(int ct) {
        if (map.get(ct) > 0) {
            map.put(ct, map.get(ct) - 1);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

时间复杂度：$O(1)$
空间复杂度：$O(1)$

二进制分段

事实上，由于 $1000$ 的二进制表示只有 $10$ 位，而 $int$ 有 $32$ 位。

我们可以使用一个 $int$ 配合「位运算」来分段做。

使用 $[0,10)$ 代表 big，$[10,20)$ 表示 medium，$[20,30)$ 表示 small

PS. 这样 $int$ 分段的做法，在工程源码上也有体现：JDK 中的 ThreadPoolExecutor 使用了一个 $ctl$ 变量 ($int$ 类型) 的前 $3$ 位记录线程池的状态，后 $29$ 位记录程池中线程个数。

这样的「二进制分段压缩存储」的主要目的，不是为了减少使用一个 $int$，而是为了让「非原子性操作」变为「原子性操作」。

我们可以分析下为什么 ThreadPoolExecutor 要这么做。

当线程数量变化为某个特定值时，要修改的就不仅仅是「线程数量」，还需要修改「线程池的状态」。

由于并发环境下，如果要做到「原子性」地同时需要修改两个 $int$ 的话。只能上「重量级锁」，「重量级锁」就会涉及到「内核态」的系统调用，通常是耗时是「用户态」的上百倍。

但是如果我们将「线程数量」和「线程池的状态」合二为一之后，我们只需要修改一个 $int$，这时候只需要使用 CAS 做法（用户态）即可保证线程安全与原子性。

那么对应到该题，如果我们允许同时停入不同类型的车，在不引入重量级锁的前提下，想要真正做到「同时」修改两种类型的车的车位的话，只能采用这样的「二进制分段」做法 ~

[]
class ParkingSystem {
    int cnt; // [small medium big]
    public ParkingSystem(int _big, int _medium, int _small) {
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            int cur = 0;
            if (i < 10) {
                cur = (_big >> i) & 1;
            } else if (i < 20) {
                cur = (_medium >> (i - 10)) & 1;
            } else if (i < 30) {
                cur = (_small >> (i - 20)) & 1;
            }
            cnt += cur == 1 ? (1 << i) : 0;
        }
    }

    public boolean addCar(int ct) {
        int cur = countOfType(ct);
        if (cur > 0) {
            setCount(ct, cur - 1);
            return true;
        }
        return false;
    }

    int countOfType(int ct) {
        int ans = 0;
        int start = --ct * 10, end = start + 10;
        for (int i = start; i < end; i++) {
            if (((cnt >> i) & 1) == 1) {
                ans += (1 << (i - start));
            }
        }
        return ans;
    }

    void setCount(int ct, int pc) {
        int start = --ct * 10, end = start + 10;
        for (int i = start; i < end; i++) {
            if (((pc >> (i - start)) & 1) == 1) {
                cnt |= (1 << i);
            } else {
                cnt &= ~(1 << i);
            }
        }
    }
}

时间复杂度：$O(1)$
空间复杂度：$O(1)$

最后

如果有帮助到你，请给题解点个赞和收藏，让更多的人看到 ~ (“▔□▔)/

如有不理解的地方，欢迎你在评论区给我留言，我都会逐一回复 ~

也欢迎你关注我和加入我们的「组队打卡」小群，提供写「证明」&「思路」的高质量题解

统计信息

通过次数	提交次数	AC比率
58367	69156	84.4%

提交历史

提交时间	提交结果	执行时间	内存消耗	语言

凤起丶宛南

从来没有真正的绝境，只有心灵的迷途