Question

我希望从数组中随机选择元素，其中每个元素都具有被选择的特定概率。有没有一种有效的方法可以做到这一点，或者可能是已经实现了这一点的Java内置的东西？

Answer 1

O（log（n））方法（直接从answer to a very similar question翻录）：

通常的技术是将数组转换为累积和数组：

 [10 60 5 25]  --> [10 70 75 100]

选择从零到累计总数的范围内的随机数（在示例中为0 <= x < 100）。然后，在累积数组上使用bisection将索引定位到原始数组中：

Random variable x      Index in the Cumulative Array      Value in Original Array
-----------------      -----------------------------      ----------------------
 0 <= x < 10                      0                            10
10 <= x < 70                      1                            60
70 <= x < 75                      2                             5
75 <= x < 100                     3                            25

例如，如果随机变量 x 为4，则将累积数组二等分给出位置索引0，其对应于原始数组中的10。

并且，如果随机变量 x 是72，则将累积数组二等分给出位置索引2，其对应于原始数组中的5。

Answer 2

这样做的一种方法是构建一个数组，其中必要时重复这些项以表示它们的概率。因此，如果数组中的项目A的概率为.3而项目B的概率为.7，则可以将它们放入10个项目的数组中，其中A重复3次，B重复7次。

然后你可以使用随机数生成器从数组中选择一个索引。

另一种解决方案是将每个项目及其概率加载到数据结构中，将每个概率表示为一个范围（即项目A可以表示范围.5-.8），然后从中生成随机值0-1并获取随机数落入的任何范围的值。

Answer 3

一种方法是使用这样的加权概率：

MyClass getRandomElement(MyClass[] elements)
{
    int totalWeight = 0;
    for (MyClass element : elements)
    {
       totalWeight += element.weight;
    }

    int position = new Random().nextInt(totalWeight);

    for (MyClass element : elements)
    {
       if (position < element.weight)
       {
           return element;
       }
       position -= element.weight;
    }
    throw new IllegalStateException("Should never get here");
}

Answer 4

如果编码选择数组中元素的概率权重（可能是通过数组中Objects的成员变量），则可以执行以下操作：

假设您有权重为整数的元素。
总结所有元素的权重。
创建1和该权重之间的随机值。
遍历数组，向上计数，直到匹配随机值。

示例：

[1,3,2,5,2] 总和= 13 随机翻滚= 5

元素[0] ..（我们已计入1）

元素[1] ..（我们已计入4）

元素[2] ..（我们已计入6） 6> 5因此我们选择2。

现在，这需要O（n）时间，其中n是数组中值的数量。为了效率起见，更好的方法是将值放在值所指示的位置。这有点像：

[a，b，b，b，c，c，d，d，d，d，d，e，e]。

查看counting sort以获取更详细的信息;它允许O（1）访问。

Answer 5

我个人喜欢使用NavigableMap的方法。这样的方法看起来像这样

interface Weighted {
    public double getWeight();
}

class UnbalancedRandomizer <E extends Weighted> {
    private NavigableMap<Double, E> container = new TreeMap<>();

    UnbalancedRandomizer(E... elements) {
        for (E element : elements) {
            add(element);
        }
    }

    public void add(E element) {
        double offset = container.isEmpty() ? 0.0 : container.lastEntry().getKey();
        container.put(offset + element.getWeight(), element);
    }

    public E getRandom() {
        double rolled = container.lastEntry().getKey() * Math.random();
        return container.ceilingEntry(rolled).getValue();
    }
}

但是，当您要删除元素或更改元素的权重时，这可能会变得有些棘手。毕竟，我相信在大多数用例中，添加才是真正有意义的。这些主要是用于查找要发生的事件的表（例如老虎机的符号机会），或者是用于对属性（例如体重/体重/年龄等）进行分组的匹配器。

示例用法

class Foo implements Weighted {
    private double weight;
    private String name;

    public Foo(double weight, String name) {
        this.weight = weight;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public double getWeight() {
        return weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Symbol{" +
                "weight=" + weight +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public static void main(String... args) {
        UnbalancedRandomizer<Foo> randomizer = new UnbalancedRandomizer(
                new Foo(10, "A"),
                new Foo(30, "B"),
                new Foo(50, "C"),
                new Foo(50, "D")
        );

        Stream.generate(randomizer::getRandom).limit(50).forEach(System.out::println);
    }
}

示例输出

Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=10.0, name='A'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=10.0, name='A'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=30.0, name='B'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=50.0, name='C'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}
Symbol{weight=10.0, name='A'}
Symbol{weight=50.0, name='D'}

从具有每个元素的特定概率的数组中随机选择元素

5 个答案: