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            S.l.e!ep.¢%

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            2009-03-19 12:42
            如何產(chǎn)生不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)?最容易想到的方法,是逐個產(chǎn)生這些隨機(jī)數(shù),每產(chǎn)生一個,都跟前面的隨機(jī)

            數(shù)比較,如果重復(fù),就重新產(chǎn)生。這是個很笨的方法,且比較次數(shù)呈線性增長,越往后次數(shù)越多。其實(shí)這些

            比較是多余的,完全可以不進(jìn)行比較,只要反過來,按順序產(chǎn)生這些數(shù),但隨機(jī)產(chǎn)生它們的位置。例如下

            面產(chǎn)生100個100以內(nèi)不重復(fù)隨機(jī)數(shù)的代碼:

            int a[100];
            for(i=0; i<=99; ++i) a[i]=i;
            for(i=99; i>=1; --i) swap(a[i], a[rand()%i]);

            上面這段代碼只需要遍歷一次就可以產(chǎn)生這100個不重復(fù)的隨機(jī)數(shù),它是如何做到的呢?首先第二行按順

            序用0到99填滿整個數(shù)組;第三行,是隨機(jī)產(chǎn)生從0到m-2個數(shù)組下標(biāo),把這個下標(biāo)的元素值跟m-1下標(biāo)的元

            素值交換,一直進(jìn)行到下標(biāo)為1的元素。因此它只需要遍歷一次就能產(chǎn)生全部的隨機(jī)數(shù)。

            ??????? 再看下面的代碼,原理跟上面例子相似,但效率比上面的差點(diǎn),但仍不失為一個好方法:

            int a[100]={0};
            int i, m;
            for(i=1; i<=99; ++i)
            {
            ??????? while(a[m=rand()%100]);
            ??????? a[m] = i;
            }

            這段代碼也是隨機(jī)產(chǎn)生位置,但它預(yù)先把整個數(shù)組初始化為0,然后隨機(jī)產(chǎn)生其中一個位置,如果該元素

            值為0,表示這個位置還沒有被使用過,就把i賦予它;否則,就重新隨機(jī)產(chǎn)生另一個位置,直到整個數(shù)組

            被填滿。這個方法,越到后面,遇到已使用過的元素的可能性越高,重復(fù)次數(shù)就越多,這是不及第一個方

            法的地方,但總的來說,效率還是不錯的。

            ===================================================================================

            1.產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)(從0到32767)
            ?? srand((unsigned) time(NULL)); //為了提高不重復(fù)的概率
            ?? rand(); //產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)

            2.產(chǎn)生從m到n的隨機(jī)數(shù)(包括m,不包括n)
            ?? srand((unsigned) time(NULL)); //為了提高不重復(fù)的概率
            ?? rand()%(n - m + 1) + m;??????????????? //使用時將m和n換為具體數(shù)即可

            ==================================================================================

            問題的來由 - "隨機(jī)取m個數(shù)(在1到n的范圍之內(nèi)),(m <= n),要求m個數(shù)沒有重復(fù)。有沒有
            什么好的算法,時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度都很好"

            ----------------------------------------------------------------
            方案一:
            取隨機(jī)數(shù)可以用C++標(biāo)準(zhǔn)的rand,至于M個不重復(fù),你可以用std::set來解決,把取道的隨機(jī)數(shù)
            插入到set里面,set的size() == m就可以了, 具體可以這樣:

            #include <set>
            #include <stdlib.h>

            int main()
            {
            ?? std::set<int> s;
            ?? while(1)
            ?? {
            ????? int r = rand() % n;
            ????? s.insert(r);
            ????? if(s.size() == m)
            ????? {
            ???????? break;
            ????? }
            ?? }
            }

            由于set底層實(shí)現(xiàn)是紅黑樹,插入復(fù)雜度是對數(shù)級的^_^

            ----------------------------------------------------------------
            方案二:
            #include <iostream>
            #include <cstdlib>????? //用于rand()和srand()函數(shù)
            #include <ctime>??????? //設(shè)置不同的隨機(jī)數(shù)

            using namespace std;

            int main (){
            ??? srand( time( 0 ) );??? //調(diào)用不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)函數(shù)
            ??? unsigned i;
            ??? for ( int n = 0; n++ < 10; )
            ??? {
            ??????? i = rand() ;??????? //對i 賦系統(tǒng)的隨機(jī)數(shù)
            ??????? cout << " The NO." << n << "is : " << i << endl;
            ??? }

            ??? return 0;
            }

            1. C++標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫提供一隨機(jī)數(shù)生成器rand,返回0-RAND_MAX之間均勻分布的偽隨機(jī)整數(shù)。 RAND_MAX
            ?? 必須至少為32767。rand()函數(shù)不接受參數(shù),默認(rèn)以1為種子(即起始值)。

            ?? 隨機(jī)數(shù)生成器總是以相同的種子開始,所以形成的偽隨機(jī)數(shù)列也相同。失去了隨機(jī)意義。

            2. C++中另一函數(shù)srand(),可以指定不同的數(shù)(無符號整數(shù)變元)為種子。但是如果種子相同,偽
            ?? 隨機(jī)數(shù)列也相同。--一個辦法是讓用戶輸入種子,但是仍然不理想。

            3. 比較理想的是用變化的數(shù),比如時間來作為隨機(jī)數(shù)生成器的種子。
            ?? 在 頭文件ctime中時間庫包含time函數(shù),它可以返回一個表示時間、日期、月和年的數(shù)值使用如
            ?? 下調(diào)用可將該值設(shè)為rand的種子
            ?? srand(static_cast<unsigned>(time(static_cast<time_t*>(NULL))));

            4. 但, srand()并不是說使隨機(jī)數(shù)都不一樣,它只是使取隨機(jī)數(shù)的種子隨著時間而改變:)
            ?? So, 還是方案一好!

            ===============================================================================

            生成無重復(fù)的隨機(jī)數(shù),注意,是不重復(fù)的序列.
            ?? 通常的生成隨機(jī)數(shù)的做法是不考慮重復(fù)的,因?yàn)榧词怪貜?fù)也屬于概率意義上的正常情況.但某些情況下需要不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)據(jù),怎么辦呢?
            ?? 我想從大方向上來說,應(yīng)該只有兩個方法.要么犧牲時間要么犧牲空間.講得不對或不完整,大家一定要指出來啊,謝謝.

            ??????????????????????????? =---------------來源CSDN

            ??注意,下面均以在101~200的范圍內(nèi)(設(shè)為b[100],它實(shí)際上是附加空間),從中產(chǎn)生10個不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)(設(shè)為a[10]).
            ??
            一.犧牲時間為代價
            ?? 這種方法不需要附加空間b數(shù)組.
            ?? 要產(chǎn)生一定范圍內(nèi)不可重復(fù)的隨機(jī)數(shù),把曾經(jīng)生成的隨機(jī)數(shù)保存起來作為歷史數(shù)據(jù)。產(chǎn)生一個新的隨機(jī)數(shù)后在歷史數(shù)據(jù)搜索,若找到就重新產(chǎn)生一個新的再重復(fù)數(shù)據(jù)搜索;否則就認(rèn)為已經(jīng)找到了一個新的不同隨機(jī)數(shù)。
            ?? 可以預(yù)見,每個新產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)都要與前面所有的數(shù)比較.若重復(fù),舍棄,再產(chǎn)生;否則,產(chǎn)生下一個.平均耗時n的平方量級.
            ?? 粗看起來,上面的程序似乎沒有什么問題,在執(zhí)行過程中程序也能夠通過。但,仔細(xì)分析我們就會發(fā)現(xiàn)問題出在一個新產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)是否已經(jīng)存在的判定上。既然是隨機(jī)數(shù),那么從數(shù)學(xué)的角度來說在概率上,每次產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù) r就有可能相同,盡管這種可能性很小,但確是一個邏輯性與正確性的問題。因此,每次產(chǎn)生的新的隨機(jī)數(shù)r都有可能是數(shù)組random的前i-1個數(shù)中的某一個,也就是說程序在運(yùn)行過程中由此可能會導(dǎo)致死循環(huán)!
            ??? 有人可能會爭辯說,這種概率很小嘛,幾乎為零.的確,但我要問,算法的五大特性是什么,其中兩大特性就是:確定性和有窮性.
            ??? 所以,怎么解決?犧牲空間.(稍后介紹)

            二.犧牲空間為代價
            ?? 以下方法需要附加空間b數(shù)組.
            ?? (1)將范圍數(shù)組b[100](b[i]=100+i,不妨設(shè)數(shù)組下標(biāo)從1開始)的每個元素設(shè)置一個標(biāo)志位flag.初始均為flag=0;若某元素被選入到a數(shù)組中,則flag=1;顯然,以后再選到重復(fù)元素可以立刻判定是否已選.這不正是以空間換時間嗎?
            ?? 但是仍然有一個很嚴(yán)重的問題,在小規(guī)模輸入下,無疑它的表現(xiàn)是不錯的.但現(xiàn)在舉一個失敗的例子.
            ?? 在1~65536之間,選擇65500個不重復(fù)的隨機(jī)數(shù).看看后面的隨機(jī)數(shù),比如第65500個數(shù)(最后一個),它要在剩下的36個數(shù)中選擇才會有flag=0(根本不知道這36個數(shù)是什么);哼哼,概率36/65536.越到后面,隨機(jī)數(shù)越難產(chǎn)生,空間也換不了時間.
            ?? 改進(jìn):先在1~65536之間隨機(jī)選取36個數(shù),刪除.將剩下的65500個數(shù)依次賦值給a[65500],然后打亂順序即可,如下偽碼:

            1fori ← 1to length[a]
            2???doj ← random() //隨機(jī)產(chǎn)生一個a數(shù)組的下標(biāo)

            3?????? exchange a[i]←→a[j]//交換a[i]與a[j]
            4

            當(dāng)范圍數(shù)組與目標(biāo)數(shù)組的大小非常接近時,上述算法非常有效,建議采用.

            (2)問題的最終解決.
            ?? 仍以最開始的那個例子來說,初始數(shù)組b[i]=100+i,a數(shù)組空.
            ?? 每次隨機(jī)生成數(shù)組b的一個下標(biāo)subscript,然后取出它所對應(yīng)的數(shù)據(jù)a[subscript],記下來.然后將數(shù)組b的最后一個數(shù)b[length]放到下標(biāo)subscript的位置,同時將數(shù)組a長度減1。盡管前若干次生成的下標(biāo)subscript隨機(jī)數(shù)有可能相同,但,因?yàn)槊恳淮味及炎詈笠粋€數(shù)填到取出的位置,因此,相同下標(biāo)subscript對應(yīng)的數(shù)卻絕不會相同,每一次取出的數(shù)都不會一樣,這樣,就保證了算法的確定性、有效性、有窮性.
            偽碼算法如下:

            1lower ← 101
            2upper ← 200
            3fori ← 1to upper-lower+1
            4????dob[i]=lower+i-1
            5fori←1to length[a]
            6????dosubscript =(int)(length[b]*Rnd +lower)//隨機(jī)產(chǎn)生b數(shù)組的一個下標(biāo),Rnd產(chǎn)生0~1隨機(jī)數(shù)

            7??????? temp ← b[subscript]
            8
            ??????? b[subscript] ← b[length[b]]
            9??????? length[b]--
            ;
            10??????? a[i]=
            temp;
            11
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