如何在 C# 中解决 Randomize in place 算法？

Question

我正在阅读算法简介 - 第三版，现在，我必须实现 RANDOMIZE-IN-PLACE 算法，该算法必须置换当前数组中的每个值。 本书提供的伪代码如下：

n = A.length
for i = 1 to n
swap A[i] with A[Random(i, n)]

我尝试在 C# 上实现该功能，但有时会收到 IndexOutOfRangeException（仅在某些情况下）。我曾经调试过算法，发现当

randomValue = array[randomNumber.Next(index, upperBound)];

index 等于array.Length - 1 并且upperBound 是array.Length - 1 （换句话说index 和upperBound 是相同的值并且.Next 看起来像这样.Next(9, 9) 例如），随机生成器能够产生数字10（下限/上限+ 1）正是我的array.Length。如果有人知道如何解决这将对我非常有帮助。再次感谢。这是我的 C# 代码。

namespace RandomizedAlgorithms
{

using System;

class RandomizeInPlace
{
    static void Main()
    {
        int[] array = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
        Randomize(array);

        for (int index = 0; index <= array.Length - 1 ; index++)
        {
            Console.WriteLine(array[index]);
        }
    }

    private static void Randomize(int[] array)
    {
        Random randomNumber = new Random();
        int swapVariable = 0;
        int randomValue = 0;
        int upperBound = array.Length - 1;

        for (int index = 0; index <= array.Length - 1 ; index++)
        {
            randomValue = array[randomNumber.Next(index, upperBound)];
            swapVariable = array[randomValue];
            array[randomValue] = array[index];
            array[index] = swapVariable;
        }
    }
}

}

Answer 1

您需要存储要交换的元素的随机索引，而不是数组值本身：

private static void Randomize(int[] array)
{
    Random randomNumber = new Random();
    int swapVariable = 0;
    int randomIndex;                // <-- renamed this
    int upperBound = array.Length;  // <-- See the comments

    for(int index = 0; index < array.Length; index++)
    {
        // Note: besides the minor changes above, the real fix is removing array[...]
        randomIndex = randomNumber.Next(index + 1, upperBound);
        swapVariable = array[randomIndex];
        array[randomIndex] = array[index];
        array[index] = swapVariable;
    }
}

我已尽可能少地更改您的代码，其他改进也是可能的。请注意，此版本允许元素与自身“交换”，这可能是也可能不是您想要的。

Answer 2

您通过变量randomValue 使用数组值作为索引：

        randomValue = array[randomNumber.Next(index, upperBound)];
        swapVariable = array[randomValue];

您的数组值从 1 变为 10：

    int[] array = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

但是 c# 中的数组是从 0 开始的。将数组值从 0 更改为 9：

    int[] array = new int[] { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };

更新

好的，正如评论者所指出的，您使用的是Fisher–Yates shuffle。这是该算法的直接翻译。请注意 Random.Next(int minValue, int maxValue) 的参数中奇怪的不对称性，它返回 (minValue <= value < maxValue)

public interface IRandomizer
{
    void RandomizeInPlace<T>(T[] array);
}

public class FisherYatesShuffle : IRandomizer 
{
    readonly Random randomNumber = new Random();

    public void RandomizeInPlace<T>(T[] array)
    {
        // http://en.wikipedia.org/wiki/Fisher%E2%80%93Yates_shuffle#The_modern_algorithm , second version.
        for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            // http://msdn.microsoft.com/en-us/library/2dx6wyd4%28v=vs.110%29.aspx
            var j = randomNumber.Next(i, array.Length); // i = inclusive lower bound; array.Length = The exclusive upper bound of the random number returned
            array.Swap(i, j);
        }
    }
}

public static class ListHelper
{
    public static void Swap<T>(this T[] list, int i, int j)
    {
        if (list == null)
            throw new ArgumentNullException();
        if (i != j)
        {
            T temp = list[i];
            list[i] = list[j];
            list[j] = temp;
        }
    }
}