java 加权随机排序

axzmvihb  于 2022-12-10  发布在  Java
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问题:

我有一些有权重的项目。权重越高,项目优先的可能性就越大。我需要一个基于核心Java的干净、简单的方法来完成这个任务(没有第三方库、jar等)。
我已经对2个项目做了这个,通过求和权重,然后在这个范围内随机选择一个数字,使用Math.random()。非常简单。但是对于大于2的项目,我可以在相同的范围内做更多的样本,以偶然的失误,或者我可以重新计算剩余项的权重之和并再次选择(递归方法)。我认为可能有一些东西可以做得更快/更干净。这段代码将被反复使用,所以我正在寻找一个有效的解决方案。
从本质上讲,它就像随机化的权重排列。

部分示例:

  1. A的权重为1,B的权重为99。如果我使用此函数运行模拟,我希望在99%的情况下得到BA,在1%的情况下得到AB
  2. A的权重为10,B的权重为10,C的权重为80。如果我用这个进行模拟,我会期望C在80%的情况下是排序中的第一个项目,在这些情况下,AB成为下一个字符的机会相等。

额外详细信息:

对于我的特定问题,有一小部分项目具有潜在的较大权重。比如说20到50个具有权重的项目以long的形式存储,其中最小权重至少为1000。项目的数量也可能会增加很多,所以如果我们能找到一个不要求项目较小的解决方案,那将是首选。

qvtsj1bj

qvtsj1bj1#

您有重量为的项目:

  • 物料A,重量42
  • 物料B,重量5
  • 物料C,重量96
  • 物品D,重量33

首先将所有重量相加:42 + 5 + 96 + 33 = 176个
现在,从0到权重之和之间选取一个随机数r:0〈= r〈176。我使用了整数,但是如果需要的话,你可以使用实数。
将r与权重定义的范围进行比较:

  • 0〈= r〈42:选择项目A。
  • 42〈= r〈47(= 42 + 5):选择项目B。
  • 47〈= r〈143(= 47 + 96):选择项目C。
  • 143〈= r〈176(= 143 + 33):选择项目D。

当你挑选完第一件物品后,对剩下的三件物品重复这个过程,并减少所有物品的重量。不断重复,直到没有更多的物品可供挑选。

sqyvllje

sqyvllje2#

这似乎很有效:

// Can do a weighted sort on weighted items.
public interface Weighted {
    int getWeight();
}

/**
 * Weighted sort of an array - orders them at random but the weight of each
 * item makes it more likely to be earlier.
 *
 * @param values
 */
public static void weightedSort(Weighted[] values) {
    // Build a list containing as many of each item to make up the full weight.
    List<Weighted> full = new ArrayList<>();
    for (Weighted v : values) {
        // Add a v weight times.
        for (int i = 0; i < v.getWeight(); i++) {
            full.add(v);
        }
    }
    // Shuffle it.
    Collections.shuffle(full);
    // Roll them out in the order required.
    int i = 0;
    do {
        // Get the first one in the shuffled list.
        Weighted next = full.get(0);
        // Put it back into the array.
        values[i++] = next;
        // Remove all occurrences of that one from the list.
        full.remove(next);
    } while (!full.isEmpty());
}

// A bunch of weighted items.
enum Heavies implements Weighted {

    Rare(1),
    Few(3),
    Common(6);
    final int weight;

    Heavies(int weight) {
        this.weight = weight;
    }

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

public void test() {
    Weighted[] w = Heavies.values();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // Sort it weighted.
        weightedSort(w);
        // What did we get.
        System.out.println(Arrays.toString(w));
    }
}

基本上,对于每一个要排序的项目,我都会根据需要多次将其添加到一个新列表中,然后对列表进行洗牌,将最上面的项目拉出,并从剩余的项目中清除所有出现的项目。
上次测试运行生成:

[Rare, Common, Few]
[Common, Rare, Few]
[Few, Common, Rare]
[Common, Few, Rare]
[Common, Rare, Few]
[Few, Rare, Common]

这似乎是正确的。
NB -至少在以下条件下,该算法将失败:
1.原始数组中多次包含同一对象。
1.这些物品的重量大得吓人。
1.零或负权重几乎肯定会影响结果。

已添加

这实现了Rossum的想法--请务必将算法归功给予他。

public static void weightedSort2(Weighted[] values) {
    // Calculate the total weight.
    int total = 0;
    for (Weighted v : values) {
        total += v.getWeight();
    }
    // Start with all of them.
    List<Weighted> remaining = new ArrayList(Arrays.asList(values));
    // Take each at random - weighted by it's weight.
    int which = 0;
    do {
        // Pick a random point.
        int random = (int) (Math.random() * total);
        // Pick one from the list.
        Weighted picked = null;
        int pos = 0;
        for (Weighted v : remaining) {
            // Pick this ne?
            if (pos + v.getWeight() > random) {
                picked = v;
                break;
            }
            // Move forward by that much.
            pos += v.getWeight();
        }
        // Removed picked from the remaining.
        remaining.remove(picked);
        // Reduce total.
        total -= picked.getWeight();
        // Record picked.
        values[which++] = picked;
    } while (!remaining.isEmpty());
}
4uqofj5v

4uqofj5v3#

public class RandomPriorityQueue {

    private TreeMap<Integer, List<WeightedElement>> tree = new TreeMap();
    private Random random = new Random();

    public void add(WeightedElement e) {
        int priority = random.nextInt(e.getWeight());
        if (tree.containsKey(priority)) {
            List<WeightedElement> list = new LinkedList();
            list.add(e);
            tree.put(priority, list);
        } else {
            List<WeightedElement> list = tree.get(priority);
            list.add(random.nextInt(list.size()), e);
        }
    }

    public WeightedElement poll() {
        Map.Entry<Integer, List<WeightedElement>> entry = tree.lastEntry();
        if (entry == null){
            return null;
        }
        List<WeightedElement> list = entry.getValue();
        if (list.size() == 1){
            tree.remove(entry.getKey());
        }
        return list.remove(0);
    }
}

当然,如果我们重写TreeMap,使其允许我们添加重复键,我们会有更好性能。

piztneat

piztneat4#

我已经找到了另一个答案的解决方案-现在找不到,但它使用指数分布:
对于权重为w_ii-th元素,分配一个键power(random(0,1),1.0/w_i)(伪代码),然后按键对元素进行排序,这将花费O(n*log(n))时间,复杂度与实际权重无关。

4nkexdtk

4nkexdtk5#

无论如何,对于N个项目,你将需要N-1个随机数(至少)。然后,让我们思考有效的方法来选择项目的随机数。
如果项目不是太多,我会使用迭代的方法,类似于你的递归方法。我会添加布尔标记到项目,跳过在以前的迭代中选择的项目。当我在当前迭代中选择一个项目时,我会将它的标记设置为true,下次我将从计算中跳过它。从和中减去它的权重,并进行下一次迭代。
如果项目的数量很大,同一个集合将被多次使用,那么不同的方法是更好的。使他们排序的列表,并使用这个列表的副本在您的递归方法。并在每个递归步骤-二分搜索,然后删除选择的项目。
实际上,最后一个也可以迭代完成。

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