生成与集合中给定的任何索引不同的随机索引答案

【问题标题】：Generate random index different then any one given in a set生成与集合中给定的任何索引不同的随机索引
【发布时间】：2013-11-02 16:04:36
【问题描述】：

我想生成一个从0 到size - 1 的统一索引，但不同于给定集合excluded 中的任何索引。

size 大约是 100。通常有 1、2 或 3 个 exluded 索引。 excluded 中的索引是唯一的且未排序。

理想情况下，标题将带有多个参数，可能是这样的：

int getRandomIndex(Random rand, int size, int... i)

或者，如果这个... 多参数很慢（是吗？）我们可以传递简单的int[] excluded 数组或其他东西。

如何快速完成？ getRandomIndex() 被调用了数百万次。

【问题讨论】：

那么你想生成一个随机数，但它不包含在某些数字集中？
@JamesMontagne 是的，完全正确。
@JamesMontagne 比大小差。
您可以将所有有效索引添加到集合中，然后从该集合中随机选取一个元素。当然，如果有效索引的数量很大，那就没有效率了。
如果你关心构建一个数组，那就构建一个Set吧！

标签： java performance algorithm

【解决方案1】：

static int getRandomIndex(Random rand, int size, Integer... excludes) {
    List<Integer> excludeList = Arrays.asList(excludes);
    int number;
    do {
        number = rand.nextInt(size);
    } while (excludeList.contains(number));

    return number;
}

【讨论】：

【解决方案2】：

您可以分配可能值 0..size-1 的数组，删除所有已知索引并从其余元素中选择随机元素。

如果索引数组已排序并且所有值都是唯一的，则无需中间值数组即可：

int getRandomIndex(Random rand, int size, int... ii)
{
  int result = rand.nextInt(size - ii.length);
  for(int i : ii) {
    if(result >= i) {
      ++result; 
    }
  }

  return result;
}

编辑：我在 if 条件中发现错误，已更正。

编辑：

int getRandomIndex(Random rand, int size, int i) {
  int result = rand.nextInt(size - 1);
  if(result >= i) {
    result++;
  }
}

int getRandomIndex(Random rand, int size, int i, int j) {
  int result = rand.nextInt(size - 2);
  if(i > j) {
    int tmp = j;
    j = i;
    i = tmp;
  }
  if(result >= i) {
    result++;
  }
  if(result >= j) {
    result++;
  }
  return result;
}

和 (i,j,k) 的类似函数。

只调用一次rand.next 的函数可能比任何要求随机数多次的函数更快。

【讨论】：

使用rand.nextInt(size - ii.length)而不是rand.nextInt() % (size - ii.length)，否则结果将不会均匀分布（尤其是如果尺寸很大）
唯一性很好，你可以简单地在getRandomIndex的第一个语句中添加Arrays.sort调用。
@Nikolay：您的解决方案为排除元素之后的元素提供了双倍概率。如果排除 1 和 2，则 3 三倍的概率。
@maaartinus：让我们检查一下。 size == 4, 1,2 被排除在外。 rand.nextInt(size - 2) 可以产生 0 或 1，0 保持不变，1 更改为 3。这两个值的概率为 1/2。
@Nikolay：但是如果你排除 0 和 1，那么你总是得到 2。

【解决方案3】：

我会做一些不同的事情。要选择小于 size 但不是 i 或 j 的随机数，您可以选择介于 0 和 size-3 之间的随机数。如果该数字为 i，则返回 size-2，如果该数字为 j，则返回 size-1。否则返回原始随机数。

存在 i 或 j 大小在 2 以内的极端情况，但我将其留给感兴趣的读者。其实我觉得还是可以的。

这可以概括为选择一个小于大小且不在整数数组中的数字。选择一个小于 size 的数字 - 数组长度 - 1。

【讨论】：

我明白了。我认为这是最好的解决方案。代码很简单int result = rand.nextInt(size - ii.length) for(int i = 0; i < ii.length; ++i) { if(ii[i] == result) return size - i - 1; } return result;
@Nikolay 不适用于getRandomIndex(random, 5, 1,2,4)（生成0 和4 而不是0 和3）。
是的。有一个麻烦。排除索引和尾部之间的排列可能会像您的示例一样耦合。

【解决方案4】：

您可以使用Set 来快速查找

int getRandomIndex(Random rand, int size, Integer... i) {
    return getRandomIndex(rand, size, new HashSet<Integer>(Arrays.asList(i)));
}


int getRandomIndex(Random rand, int size, Set<Integer> x) {
    int result;
    do {
        result = (int) (rand.nextDouble() * size);
    } while (x.contains(result));
    return result;
}

如果所有索引的集合都是预定义的，那么您可以使用 Set x final static 并在每次调用该方法时备用。

EIDT

好吧，如果性能是一个问题，那么我会说您使用while(r == i || r == j || r == k) 的第一种方法既不差也不丑，只需对您的方法进行三个重载并调用您需要的适当的重载，调用看起来与使用 val-len-array。

您的评估速度不会比(r == i || r == j || r == k) 更快

int getRandomIndex(Random rand, int size, int i)
int getRandomIndex(Random rand, int size, int i, int j)
int getRandomIndex(Random rand, int size, int i, int j, int k)

【讨论】：

【解决方案5】：

假设许多连续调用使用相同的大小和排除值...

首先，初始化一个包含所有允许索引的数组
当getRandomIndex 被调用时，只需选择这个数组的一个随机元素

代码：

int[] indices;

void init(int size, Integer... excluded)
{
   indices = new int[size-excluded.length];
   int pos = 0;
   Set<Integer> excludedSet = new HashSet<Integer>(Arrays.asList(excluded));
   for (int i = 0; i < size; i++)
   {
      if (!excludedSet.contains(i))
      {
         indices[pos++] = i;
      }
   }
}

int getRandomIndex(Random random)
{
   return indices[random.nextInt(data.length)];
}

示例用法：

init(100, 50, 23, 10);
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < 200; i++)
{
   System.out.println(getRandomIndex(random));
}

【讨论】：