Einzigartige (sich nicht wiederholende) Zufallszahlen in O(1)?

Question

Ich würde gerne eindeutige Zufallszahlen zwischen 0 und 1000 generieren, die sich nie wiederholen (d.h. 6 taucht nicht zweimal auf), aber dafür nicht auf so etwas wie eine O(N)-Suche der vorherigen Werte zurückgreifen. Ist dies möglich?

Answer 1

Diese Methode führt zu angemessenen Ergebnissen, wenn der Grenzwert hoch und Sie wollen nur ein paar Zufallszahlen erzeugen.

#!/usr/bin/perl

($top, $n) = @ARGV; # generate $n integer numbers in [0, $top)

$last = -1;
for $i (0 .. $n-1) {
    $range = $top - $n + $i - $last;
    $r = 1 - rand(1.0)**(1 / ($n - $i));
    $last += int($r * $range + 1);
    print "$last ($r)\n";
}

Beachten Sie, dass die Zahlen in aufsteigender Reihenfolge generiert werden, Sie können sie aber auch nachträglich mischen.

Answer 2

Die Frage Wie erzeugt man effizient eine Liste von K sich nicht wiederholenden ganzen Zahlen zwischen 0 und einer Obergrenze N als Duplikat verlinkt ist - und wenn Sie etwas wollen, das O(1) pro generierter Zufallszahl ist (ohne O(n) Startkosten), gibt es eine einfache Änderung der akzeptierten Antwort.

Erstellen Sie eine leere ungeordnete Karte (eine leere geordnete Karte benötigt O(log k) pro Element) von Ganzzahl zu Ganzzahl - anstatt ein initialisiertes Array zu verwenden. Setzen Sie max auf 1000, wenn dies das Maximum ist,

1. Wählen Sie eine Zufallszahl, r, zwischen 0 und max.
2. Stellen Sie sicher, dass beide Kartenelemente r und max in der ungeordneten Karte vorhanden sind. Wenn sie nicht vorhanden sind, erstellen Sie sie mit einem Wert, der ihrem Index entspricht.
3. Elemente r und max vertauschen
4. Rückgabe des Elements max und Dekrementierung von max um 1 (wenn max negativ wird) sind Sie fertig).
5. Zurück zu Schritt 1.

Der einzige Unterschied zur Verwendung eines initialisierten Arrays besteht darin, dass die Initialisierung der Elemente verschoben/übersprungen wird - aber es werden genau die gleichen Zahlen vom gleichen PRNG erzeugt.

Answer 3

Sie könnten eine gute Pseudozufallszahlengenerator mit 10 Bits, wobei 1001 bis 1023 weggeworfen werden und 0 bis 1000 übrig bleiben.

Von ici erhalten wir den Entwurf für einen 10-Bit-PRNG..

• 10 Bits, Rückkopplungspolynom x^10 + x^7 + 1 (Periode 1023)

• Verwendung eines Galois-LFSR, um schnellen Code zu erhalten

Answer 4

public static int[] randN(int n, int min, int max)
{
    if (max <= min)
        throw new ArgumentException("Max need to be greater than Min");
    if (max - min < n)
        throw new ArgumentException("Range needs to be longer than N");

    var r = new Random();

    HashSet<int> set = new HashSet<int>();

    while (set.Count < n)
    {
        var i = r.Next(max - min) + min;
        if (!set.Contains(i))
            set.Add(i);
    }

    return set.ToArray();
}

N Nicht-wiederholende Zufallszahlen haben eine Komplexität von O(n), wie erforderlich.
Hinweis: Random sollte statisch sein und mit Fadensicherung versehen werden.

Answer 5

Hier ist ein COBOL-Beispielcode, mit dem Sie herumspielen können.
Ich kann Ihnen die Datei RANDGEN.exe schicken, damit Sie damit spielen können, um zu sehen, ob es das tut, was Sie wollen.

   IDENTIFICATION DIVISION.
   PROGRAM-ID.  RANDGEN as "ConsoleApplication2.RANDGEN".
   AUTHOR.  Myron D Denson.
   DATE-COMPILED.
  * ************************************************************** 
  *  SUBROUTINE TO GENERATE RANDOM NUMBERS THAT ARE GREATER THAN
  *    ZERO AND LESS OR EQUAL TO THE RANDOM NUMBERS NEEDED WITH NO
  *    DUPLICATIONS.  (CALL "RANDGEN" USING RANDGEN-AREA.)
  *     
  *  CALLING PROGRAM MUST HAVE A COMPARABLE LINKAGE SECTION
  *    AND SET 3 VARIABLES PRIOR TO THE FIRST CALL IN RANDGEN-AREA     
  *
  *    FORMULA CYCLES THROUGH EVERY NUMBER OF 2X2 ONLY ONCE. 
  *    RANDOM-NUMBERS FROM 1 TO RANDOM-NUMBERS-NEEDED ARE CREATED 
  *    AND PASSED BACK TO YOU.
  *
  *  RULES TO USE RANDGEN:
  *
  *    RANDOM-NUMBERS-NEEDED > ZERO 
  *     
  *    COUNT-OF-ACCESSES MUST = ZERO FIRST TIME CALLED.
  *         
  *    RANDOM-NUMBER = ZERO, WILL BUILD A SEED FOR YOU
  *    WHEN COUNT-OF-ACCESSES IS ALSO = 0 
  *     
  *    RANDOM-NUMBER NOT = ZERO, WILL BE NEXT SEED FOR RANDGEN
  *    (RANDOM-NUMBER MUST BE <= RANDOM-NUMBERS-NEEDED)       
  *     
  *    YOU CAN PASS RANDGEN YOUR OWN RANDOM-NUMBER SEED
  *     THE FIRST TIME YOU USE RANDGEN.
  *     
  *    BY PLACING A NUMBER IN RANDOM-NUMBER FIELD
  *      THAT FOLLOWES THESE SIMPLE RULES:
  *        IF COUNT-OF-ACCESSES = ZERO AND 
  *        RANDOM-NUMBER > ZERO AND 
  *        RANDOM-NUMBER <= RANDOM-NUMBERS-NEEDED
  *       
  *    YOU CAN LET RANDGEN BUILD A SEED FOR YOU
  *     
  *      THAT FOLLOWES THESE SIMPLE RULES:
  *        IF COUNT-OF-ACCESSES = ZERO AND 
  *        RANDOM-NUMBER = ZERO AND 
  *        RANDOM-NUMBER-NEEDED > ZERO  
  *         
  *     TO INSURING A DIFFERENT PATTERN OF RANDOM NUMBERS
  *        A LOW-RANGE AND HIGH-RANGE IS USED TO BUILD
  *        RANDOM NUMBERS.
  *        COMPUTE LOW-RANGE =
  *             ((SECONDS * HOURS * MINUTES * MS) / 3).         
  *        A HIGH-RANGE = RANDOM-NUMBERS-NEEDED + LOW-RANGE
  *        AFTER RANDOM-NUMBER-BUILT IS CREATED 
  *        AND IS BETWEEN LOW AND HIGH RANGE
  *        RANDUM-NUMBER = RANDOM-NUMBER-BUILT - LOW-RANGE
  *               
  * **************************************************************         
   ENVIRONMENT DIVISION.
   INPUT-OUTPUT SECTION.
   FILE-CONTROL.
   DATA DIVISION.
   FILE SECTION.
   WORKING-STORAGE SECTION.
   01  WORK-AREA.
       05  X2-POWER                     PIC 9      VALUE 2. 
       05  2X2                          PIC 9(12)  VALUE 2 COMP-3.
       05  RANDOM-NUMBER-BUILT          PIC 9(12)  COMP.
       05  FIRST-PART                   PIC 9(12)  COMP.
       05  WORKING-NUMBER               PIC 9(12)  COMP.
       05  LOW-RANGE                    PIC 9(12)  VALUE ZERO.
       05  HIGH-RANGE                   PIC 9(12)  VALUE ZERO.
       05  YOU-PROVIDE-SEED             PIC X      VALUE SPACE.
       05  RUN-AGAIN                    PIC X      VALUE SPACE.
       05  PAUSE-FOR-A-SECOND           PIC X      VALUE SPACE.   
   01  SEED-TIME.
       05  HOURS                        PIC 99.
       05  MINUTES                      PIC 99.
       05  SECONDS                      PIC 99.
       05  MS                           PIC 99. 
  *
  * LINKAGE SECTION.
  *  Not used during testing  
   01  RANDGEN-AREA.
       05  COUNT-OF-ACCESSES            PIC 9(12) VALUE ZERO.
       05  RANDOM-NUMBERS-NEEDED        PIC 9(12) VALUE ZERO.
       05  RANDOM-NUMBER                PIC 9(12) VALUE ZERO.
       05  RANDOM-MSG                   PIC X(60) VALUE SPACE.
  *    
  * PROCEDURE DIVISION USING RANDGEN-AREA.
  * Not used during testing 
  *  
   PROCEDURE DIVISION.
   100-RANDGEN-EDIT-HOUSEKEEPING.
       MOVE SPACE TO RANDOM-MSG. 
       IF RANDOM-NUMBERS-NEEDED = ZERO
         DISPLAY 'RANDOM-NUMBERS-NEEDED ' NO ADVANCING
         ACCEPT RANDOM-NUMBERS-NEEDED.
       IF RANDOM-NUMBERS-NEEDED NOT NUMERIC 
         MOVE 'RANDOM-NUMBERS-NEEDED NOT NUMERIC' TO RANDOM-MSG
           GO TO 900-EXIT-RANDGEN.
       IF RANDOM-NUMBERS-NEEDED = ZERO
         MOVE 'RANDOM-NUMBERS-NEEDED = ZERO' TO RANDOM-MSG
           GO TO 900-EXIT-RANDGEN.
       IF COUNT-OF-ACCESSES NOT NUMERIC
         MOVE 'COUNT-OF-ACCESSES NOT NUMERIC' TO RANDOM-MSG
           GO TO 900-EXIT-RANDGEN.
       IF COUNT-OF-ACCESSES GREATER THAN RANDOM-NUMBERS-NEEDED
         MOVE 'COUNT-OF-ACCESSES > THAT RANDOM-NUMBERS-NEEDED'
           TO RANDOM-MSG
           GO TO 900-EXIT-RANDGEN.
       IF YOU-PROVIDE-SEED = SPACE AND RANDOM-NUMBER = ZERO
         DISPLAY 'DO YOU WANT TO PROVIDE SEED  Y OR N: '
           NO ADVANCING
           ACCEPT YOU-PROVIDE-SEED.  
       IF RANDOM-NUMBER = ZERO AND
          (YOU-PROVIDE-SEED = 'Y' OR 'y')
         DISPLAY 'ENTER SEED ' NO ADVANCING
         ACCEPT RANDOM-NUMBER. 
       IF RANDOM-NUMBER NOT NUMERIC
         MOVE 'RANDOM-NUMBER NOT NUMERIC' TO RANDOM-MSG
         GO TO 900-EXIT-RANDGEN.
   200-RANDGEN-DATA-HOUSEKEEPING.      
       MOVE FUNCTION CURRENT-DATE (9:8) TO SEED-TIME.
       IF COUNT-OF-ACCESSES = ZERO
         COMPUTE LOW-RANGE =
                ((SECONDS * HOURS * MINUTES * MS) / 3).
       COMPUTE RANDOM-NUMBER-BUILT = RANDOM-NUMBER + LOW-RANGE.  
       COMPUTE HIGH-RANGE = RANDOM-NUMBERS-NEEDED + LOW-RANGE.
       MOVE X2-POWER TO 2X2.             
   300-SET-2X2-DIVISOR.
       IF 2X2 < (HIGH-RANGE + 1) 
          COMPUTE 2X2 = 2X2 * X2-POWER
           GO TO 300-SET-2X2-DIVISOR.    
  * *********************************************************         
  *  IF FIRST TIME THROUGH AND YOU WANT TO BUILD A SEED.    *
  * ********************************************************* 
       IF COUNT-OF-ACCESSES = ZERO AND RANDOM-NUMBER = ZERO
          COMPUTE RANDOM-NUMBER-BUILT =
                ((SECONDS * HOURS * MINUTES * MS) + HIGH-RANGE).
       IF COUNT-OF-ACCESSES = ZERO        
         DISPLAY 'SEED TIME ' SEED-TIME 
               ' RANDOM-NUMBER-BUILT ' RANDOM-NUMBER-BUILT 
               ' LOW-RANGE  ' LOW-RANGE.          
  * *********************************************     
  *    END OF BUILDING A SEED IF YOU WANTED TO  * 
  * *********************************************               
  * ***************************************************
  * THIS PROCESS IS WHERE THE RANDOM-NUMBER IS BUILT  *  
  * ***************************************************   
   400-RANDGEN-FORMULA.
       COMPUTE FIRST-PART = (5 * RANDOM-NUMBER-BUILT) + 7.
       DIVIDE FIRST-PART BY 2X2 GIVING WORKING-NUMBER 
         REMAINDER RANDOM-NUMBER-BUILT. 
       IF RANDOM-NUMBER-BUILT > LOW-RANGE AND
          RANDOM-NUMBER-BUILT < (HIGH-RANGE + 1)
         GO TO 600-RANDGEN-CLEANUP.
       GO TO 400-RANDGEN-FORMULA.
  * *********************************************     
  *    GOOD RANDOM NUMBER HAS BEEN BUILT        *               
  * *********************************************
   600-RANDGEN-CLEANUP.
       ADD 1 TO COUNT-OF-ACCESSES.
       COMPUTE RANDOM-NUMBER = 
            RANDOM-NUMBER-BUILT - LOW-RANGE. 
  * *******************************************************
  * THE NEXT 3 LINE OF CODE ARE FOR TESTING  ON CONSOLE   *  
  * *******************************************************
       DISPLAY RANDOM-NUMBER.
       IF COUNT-OF-ACCESSES < RANDOM-NUMBERS-NEEDED
        GO TO 100-RANDGEN-EDIT-HOUSEKEEPING.     
   900-EXIT-RANDGEN.
       IF RANDOM-MSG NOT = SPACE
        DISPLAY 'RANDOM-MSG: ' RANDOM-MSG.
        MOVE ZERO TO COUNT-OF-ACCESSES RANDOM-NUMBERS-NEEDED RANDOM-NUMBER. 
        MOVE SPACE TO YOU-PROVIDE-SEED RUN-AGAIN.
       DISPLAY 'RUN AGAIN Y OR N '
         NO ADVANCING.
       ACCEPT RUN-AGAIN.
       IF (RUN-AGAIN = 'Y' OR 'y')
         GO TO 100-RANDGEN-EDIT-HOUSEKEEPING.
       ACCEPT PAUSE-FOR-A-SECOND.
       GOBACK.