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加权随机选择,有无替换

algorithm

最近,我需要从列表中对元素进行加权随机选择,无论是否替换。虽然有众所周知的良好算法用于非加权选择,有些算法用于不进行替换的加权选择(例如对resevoir算法的修改),但我找不到用于替换加权的任何好的算法。我还想避免使用resevoir方法,因为我在列表中选择了很大一部分,该部分足够小以保存在内存中。

在这种情况下,有人对最佳方法有什么建议吗?我有自己的解决方案,但我希望找到更有效,更简单的方法,或兼而有之。


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2020-07-28

共1个答案

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别名方法是从不变的清单中提取大量替代样品的最快方法之一。核心直觉是,我们可以为加权列表创建一组大小相等的bin,可以通过位操作非常有效地建立索引,从而避免了二进制搜索。事实证明,正确完成后,我们只需要在每个bin中存储原始列表中的两个项目,因此可以用一个百分比表示拆分。

让我们以五个相等加权的选择为例, (a:1, b:1, c:1, d:1, e:1)

要创建别名查找:

  1. 对权重进行归一化,使其总和为1.0(a:0.2 b:0.2 c:0.2 d:0.2 e:0.2) 这是选择每个重量的概率。

  2. 找到大于或等于变量数的2的最小乘方,并创建此分区数|p|。每个分区代表的概率质量1/|p|。在这种情况下,我们创建8分区,每个分区都可以包含0.125

  3. 取重量最小的变量,并将其尽可能多的质量放在空的分区中。在此示例中,我们看到a填充第一个分区。 (p1{a|null,1.0},p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8)(a:0.075, b:0.2 c:0.2 d:0.2 e:0.2)

  4. 如果未填充分区,请使用权重最大的变量,然后使用该变量填充分区。

重复步骤3和4,直到没有原始分区的权重需要分配给列表。

例如,如果我们运行3和4的另一个迭代,我们将看到

(p1{a|null,1.0},p2{a|b,0.6},p3,p4,p5,p6,p7,p8)(a:0, b:0.15 c:0.2 d:0.2 e:0.2)左分配

在运行时:

  1. 获得一个U(0,1)随机数,例如二进制0.001100000

  2. 对它进行位移位lg2(p),找到索引分区。因此,我们将其移位3,产生001.1或位置1,然后移动分区2。

  3. 如果分区是拆分的,则使用移位后的随机数的小数部分确定拆分。在这种情况下,值是0.50.5 < 0.6,因此return a

这是一些代码和另一种解释,但是不幸的是,它没有使用移位技术,也没有实际验证过它。

2020-07-28