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javascript隨機之洗牌演算法深入分析_javascript技巧

WBOY
發布: 2016-05-16 16:45:32
原創
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洗牌演算法是我們常見的隨機問題,在玩遊戲、隨機排序時常常會碰到。它可以抽象化成這樣:得到一個M以內的所有自然數的隨機順序數組。

在百度搜“洗牌演算法”,第一個結果是《百度文庫-洗牌演算法》,掃了一下裡面的內容,很多內容都容易誤導別人走上歧途,包括最後用鍊錶代替數組,也只是一個有限的最佳化(鍊錶也引入了讀取效率的損失)。

該文裡的第一種方法,可以簡單描述成:隨機抽牌,放在另一組;再次抽取,抽到空牌則重複抽。
「抽到空牌就重複抽」這會導致後面抽到空牌的機會越來越大,顯然是不合理的。
可以優化一步成:牌抽走後,原牌變少。 (而不是留下空牌)
代碼如下:

複製代碼 代碼如下:


代碼如下:


function shuffle_pick_1(m) //洗牌//抽牌法
{
    //產生m張牌    var arr = new Array(m);

    var arr = new Array(m);
    var arr = new Array(m);
 ; i        arr[i] = i;
    }

    //每次都抽出一張牌,放在另一堆。因為要在陣列裡抽出元素,把後面的所有元素向前拉一位,所以很耗時。
    var arr2 = new Array();
    for (var i=m; i>0; i--) {
        var id = Math.floor(Math.random()*); 🎜>        arr2.push(arr[rnd]);

        arr.splice(rnd,1);    }

    return arr2;
}


這個也明顯有問題,因為陣列如果很大的話,刪除中間的某個元素,會導致後面的排隊向前走一步,這是一個很耗時的動作。

回想一下「我們為什麼要刪除那個元素?」目的就是為了不產生空牌。

除了刪除那個元素之外,我們是不是還有其它方式來去除空牌? ----有的,我們把最後一張未抽的牌放在那個抽走的位置上就可以了。 所以,這個思路我們可以優化成這樣:
複製程式碼


代碼如下:


function shuffle_pick(m) //洗牌/抽吸>卡法最佳化牌
{    //產生m張牌

    var arr = new Array(m);
    [i] = i;
    }

    //每次都抽出一張牌,放在另一堆。把最後一張未抽過的牌放在空位上。
    var arr2 = new Array();
    for (var i=m; i>0;) {
        var .push(arr[rnd]);
        arr[rnd] = arr[--i];
    }

    return arr2;《百度文庫-洗牌演算法》提到一種換牌想法:「隨機交換兩個位置,共交換n次,n越大,越接近隨機」。
這個做法是不對的,就算n很大(例如10張牌,進行10次調換),也還存在很大可能「有的牌根本沒換位置」。
順著這個思路,做一點小調整就可以了:第i張與任一張牌換位子,換完一輪即可。
程式碼如下:

複製程式碼 程式碼如下:
function shuffle_swap(>

function shuffle_swap(m) //洗牌/卡法
{
    //產生m張牌
    var arr = new Array(m);
    for (var i=0; i    for (var i=0; i    for (var i=0; i   ] = i;
    }

    //第i張與任一牌換位子,換完一輪即可
    for (var i=0; i        vard = Math.floor( rnd = Math.floor( rnd = Math.floor( rnd = Math.floor( rnd = Math.floor( rnd = Math.floor( Math.random()*(i 1)),
            temp = arr[rnd];
         }
    return arr;
}

除了抽牌與換牌的思路,我們還可以用插牌的思路:先有一張牌,第二張牌有兩個位置可隨機插入(第一張牌前,或後),第三張牌有三個位置可隨機插入(放在後面,或插在第一位,或插在第二位),依此類推
代碼如下:

複製程式碼 程式碼如下:

function shuffle_insert_1(m) ///插/插牌法
{
    //每次產生一張最大的牌,插在某張隨機的牌前。因為要在陣列裡插入元素,把後面的所有元素都向後擠一位,所以很耗時。
    var arr = [0];
    for (var i=1; i        arr.splice(Math.floor(Math.random()*(i   arr.splice(Math.floor(Math.random)*(i rand1), 0,i);
    }
    return arr;
}

以上的程式碼也會有一些問題:就是隨著牌數的增多,插牌變得越來越困難,因為插牌會導致後面的很多牌都往後推一步。
當然,我們也可以適當的優化一下:先有n-1張牌,第n張牌放在最後,然後與任一張牌互換位置。
程式碼如下:

複製程式碼 程式碼如下:

function shuffle_insert(m) //洗牌/插牌法最佳化版,可以用數學歸納法證明,這種洗牌是均勻的。
{
    //每次產生最大的牌,以隨機的某張牌換位子
    var arr = new Array(m);
    arr[0] = 0;
    for (var i=1; i        var i=1; i        var i=1; i        var i=1; i        var i=1; i        var i=1; i        var i=1; i        vari>  ;
        arr[rnd] = i;    }

    return arr;

}

好的,全部的程式碼如下,有興趣的同學可以在自己的機器上試下,看下他們各自的執行效率、以及最後的結果是否是理論隨機。  
複製程式碼 程式碼如下:




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