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基于不同权重随机洗牌的算法

algorithm

我有一些要随机洗牌的元素,但是每个元素都有不同的优先级或权重。因此,权重较大的元素必须具有更大的概率才能位于结果的顶部。

我有这个数组:

elements = [
  { :id => "ID_1", :weight => 1 },
  { :id => "ID_2", :weight => 2 },
  { :id => "ID_3", :weight => 6 }
]

我想将它洗所以用ID的元素"ID_3"〜6次 以上的概率是比第一元素"ID_1"〜3倍 比元件更概率"ID_2"

更新资料

说明:一旦选择了第一个位置,其他元素将使用相同的逻辑 争取 其余位置。


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2020-07-28

共1个答案

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我可以想到两种方法来解决它,尽管我的直觉告诉我,费舍尔·耶茨应该进行修改以更好地实现它:

O(n * W)解决方案:( 易于编程)

第一种方法,根据权重(与您的方法相同)创建重复项,然后填充新列表。现在,在此列表上运行标准混洗(fisher-
yates)。迭代列表并丢弃所有重复项,并仅保留每个元素的第一次出现。它在中运行O(n*W),其中n是列表中元素的数量,并且W是平均权重(伪多项式解决方案)。


O(nlogn)解决方案:( 非常难编程)

第二种方法是创建元素权重之和的列表:

sum[i] = weight[0] + ... + weight[i]

现在,在0到之间绘制一个数字,sum[n]并选择第一个元素,该元素sum大于/等于该随机数。
这将是下一个元素,丢弃该元素,重新创建列表,然后重复。

这在 O(n^2*logn)

通过创建二叉树而不是列表,可以进一步增强它,其中每个节点还存储整个子树的权重值。
现在,在选择一个元素之后,找到匹配的元素(其总和是第一个高于随机选择的数字的元素),删除该节点,然后重新计算到该路径的路径上的权重。
这将需要O(n)创建树,O(logn)在每个步骤中找到节点并O(logn)重新计算总和。重复此操作,直到树被用尽,然后您将获得O(nlogn)解决方案。
这种方法的思想与订单统计树非常相似,但使用权重之和而不是后代的数量。删除后的搜索和平衡将类似于统计树的排序。


构造和使用二叉树的说明。

假设你有elements=[a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m]weights=[1,2,3,1,2,3,1,2,3,1,2,3,1]

首先构造一个几乎完整的二叉树,然后填充其中的元素。请注意,该树不是二进制搜索树,而只是常规树,因此元素的顺序无关紧要-以后我们将不需要对其进行维护。

您将获得类似以下树的内容:

在此处输入图片说明

图例: w-该节点的权重,sw-整个子树的权重之和。

接下来,计算每个子树的权重之和。从叶子开始,然后计算s.w = w。对于其他每个节点,请计算s.w = left->s.w + right->s.w,从下往上填充树(后遍历)。

在此处输入图片说明

在中完成构建树,填充树并s.w.为每个节点进行计算O(n)

现在,您需要迭代地选择一个介于0与权重之和(在本例中为25的根的sw值)之间的随机数。将该数字设为r,并为每个这样的数字找到匹配的节点。
查找匹配的节点以递归方式完成

if `r< root.left.sw`:
   go to left son, and repeat. 
else if `r<root.left.sw + root.w`:
   the node you are seeking is the root, choose it. 
else:
   go to `root.right` with `r= r-root.left.sw - root.w`

例如,选择r=10

Is r<root.left.sw? Yes. Recursively invoke with r=10,root=B (left child)
Is r<root.left.sw No. Is r < root.left.sw + root.w? No. Recursively invoke with r=10-6-2=2, and root=E (right chile)
Is r<root.left.sw? No. Is r < root.left.sw + root.w? Yes. Choose E as next node.

这是在O(h) = O(logn)每次迭代中完成的。

现在,您需要删除该节点,并重置树的权重。
确保树的对数权重的一种删除方法类似于二进制堆:用最右边的底部节点替换所选节点,删除最右边的新底部节点,并重新平衡从两个相关节点到树的两个分支。

第一开关:

在此处输入图片说明

然后重新计算:

在此处输入图片说明

请注意,只需要对两条路径进行重新计算,每个路径最多为深度O(logn)(图中的节点显示为橙色),因此删除和重新计算也是O(logn)

现在,您将获得一棵新的二叉树,其权重已修改,并且可以选择下一个候选树,直到树被用尽。

2020-07-28