Question

如何实施“Celestial Jukebox”的洗牌？

更准确地说，在每个时间t，返回0..n（t）之间的均匀随机数，这样整个序列中就没有重复，n（）随着时间的推移而增加。

对于具体示例，假设一种统一费率的音乐服务，它允许通过基于0的索引号播放目录中的任何歌曲。每隔一段时间，就会增加新的歌曲，增加索引号的范围。目标是每次播放一首新歌（假设目录中没有重复）。

理想的解决方案在现有硬件上是可行的 - 我如何在8MB的DRAM中找到600万首歌曲的列表？类似地，高歌数会加剧O（n）选择时序。

- 对于LCG发生器，如果在0..N ₀上给出部分耗尽的LCG，则可以将其转换为0..N ₁上的不同LCG （其中N1> N0），不重复耗尽的序列 - 检查某首歌是否已播放似乎很快失控，虽然这可能是唯一的方法？这有一个有效的数据结构吗？

Answer 1

我喜欢这种非重复随机选择的方式是有一个列表，每次我在[0-N)之间随机选择一个项目时，我会从该列表中删除它。在您的情况下，当新项目添加到目录时，它也将添加到尚未选择的列表中。一旦结束，只需将所有歌曲重新加载到列表中即可。

编辑：

如果考虑到v3的建议，可以在O(1)初始化步骤后的基本O(N)时间内完成此操作。它保证了不重复的随机选择。

这是概述：

将初始项添加到列表
随机选择索引i（来自[0,N)）
删除索引i
将i处的洞替换为Nth项（如果i == Nth，则为空，并递减N
对于新项目，只需附加到列表末尾并根据需要增加N
如果您要播放所有歌曲（我怀疑您是否有6M歌曲），然后将所有歌曲添加回列表，泡沫，冲洗和重复。

由于您正在尝试处理相当大的集合，我建议使用数据库。一个基本上包含两个字段的简单表格：id和“pointer”（其中“pointer”告诉您要播放的歌曲，可能是GUID，FileName等，具体取决于你想怎么做）。在id上有一个索引，你应该在应用程序运行之间保持稳定的性能。

编辑8MB限制：

嗯，这确实让它变得有点困难......在8 MB中，你可以使用32位密钥存储最多约2M的条目。

所以我建议的是预先选择下一个2M条目。如果用户一生中播放2M歌曲，该死的！要预先选择它们，请使用上述算法执行pre-init步骤。我要做的一个改变就是当你添加新歌时，滚动骰子，看看你是否想要随意添加这首歌。如果是，则选择随机索引并将其替换为新歌曲的索引。

Answer 2

对于600万首歌曲，限制为8MB，即使每首歌曲只有一个32位整数，也显然没有空间存储。除非您准备将列表存储在磁盘上（在这种情况下，请参见下文）。

如果你准备放弃将新项目立即添加到随机播放的要求，你可以在当前的歌曲集上生成一个LCG，然后当它用完时，只在那些歌曲上生成一个新的LCG。自从你开始以来添加冲洗并重复，直到您不再有新歌。您还可以使用this rather cool algorithm在任意范围内生成不可取的排列而不存储它。

如果您准备放宽对800万首歌曲的8MB ram的要求，或者转到磁盘（例如，通过内存映射），您可以在开始时从1..n生成序列，将其随机播放使用fisher-yates，每当添加新歌曲时，从最远未播放的部分中选择一个随机元素，在其中插入新ID，并将原始ID附加到列表的末尾。

如果您不太关心计算效率，可以存储所有歌曲的位图，并随机重复选择ID，直到找到尚未播放的ID。这需要600万次尝试才能找到最后一首歌（平均而言），这在现代CPU上仍然很快。

Answer 3

虽然Erich的解决方案可能更适合您的特定用例，但检查歌曲是否已经播放的速度非常快（使用基于散列的结构分摊O（1）），例如Python中的set或者是C ++中的hashset<int>。

Answer 4

您可以简单地生成从1到n的数字序列，然后使用Fisher-Yates shuffle对其进行随机播放。这样就可以保证序列不会重复，无论n。

Answer 5

您可以在数组中使用链接列表：要构建初始播放列表，请使用包含以下内容的数组：

 struct playlistNode{
  songLocator* song;
  playlistNode  *next;
};
struct playlistNode arr[N];

还要保留“头部”和“空闲列表”指针;

在2遍中填充：
1.用0..N。中填写目录中所有歌曲的arr 2.随机遍历所有索引，填入next指针;

删除播放的歌曲是O（1）：

head=cur->next;
cur->song=NULL;
freelist->next = freelist;
cur->next=freelist;
freelist=cur;

插入新歌也是O（1）：随机选择一个数组索引，并修补一个新节点。

node = freelist;
freelist=freelist->next;
do {
i=rand(N);   
} while (!arr[i].song);  //make sure you didn't hit a played node
node->next = arr[i].next;
arr[i].next=node;

在天体点唱机上实施随机播放

5 个答案: