关于随机分配数的思考

作者: 就在不远处 | 来源:发表于2016-07-29 21:42 被阅读210次

           今天中午在群里看到一个有意思的题目,写个简单的函数:把整数100随机分成10份。有点像微信红包,10块的红包随机分给5个人。

           乍一看这个题目感觉很简单,无非是用mt_rand函数生成随机数。可是真的动手运行起来发现还真是不那么简单,第一个问题是不能有负数或0产生(不做限制很容易出现负数或0),第二个问题是每个随机数必须是整数(与微信红包就不一样了),第三个问题是保证每份的生成都是随机且随机范围是一样的(这才是最大的难点)。如果你感觉能轻松越过雷区,那么不妨先看一下这几中错误思路。

    方法一:

    $number=100;

    $num=array();

    $total=0;

    for($i=0;$i<10;$i++){

    $num[$i]=mt_rand(1,$number);

    }

    print_r($num);

    非常明显的错误,因为每个生成数都没有限制,所以10个数的总和肯定大于100。

    方法二:

    $number=100;

    $num=array();

    $total=0;

    for($i=0;$i<10;$i++){

    $num[$i]=mt_rand(1,$number-$total);

    $total=$num[$i]+$total;

    }

    print_r($num);

    同方法一相比虽然做了限制,但是还是不够全面,结果会出现多个1且总和仍会超过100。

    吸取了这两个错误,再进行一步规范就可以得到正确方法三:

    $number=100;

    $num=array();

    $total=0;

    for($i=0;$i<10;$i++){

    $num[$i]=mt_rand(1,$number-$total-10+$i+1);

    $total=$num[$i]+$total;

    }

    print_r($num);

    这个方法已经做了很明确的限制保证每个随机数至少不是0或是负数且总和等于100。同样还有方法四:

    $number=100;

    $num=array();

    $total=0;

    for($i=0;$i<10;$i++){

    If($i<5){

    $num[$i]=mt_rand(1,19);

    }else{

    $num[$i]=mt_rand(1,$number-$total-10+$i+1);

    }

    $total=$num[$i]+$total;

    }

    print_r($num);

    这个方法保证了前5个生成数的随机范围一样且10个数总和为100。可是这两个方法的缺点都是10个生成数随机范围不一样,所以方法三运行结果越是前面数字越大越往后越小。方法四前5个数字都是小于19,而后5个数字也会出现越往后越小的现象。

           综合前面几种例子,我们需要一种同时生成10个随机数的方法。当然,这种方法还不存在。但是我们可以生成10个随机范围一样的数字,然后根据这个10个随机数占总份额的比例来均分整数100.

    方法五:

    $number=100;

    $num=array();

    $num_tmp=array();

    $total=0;

    $total_tmp=0;

    for($i=0;$i<10;$i++){

    $num_tmp[$i]=mt_rand(1,10);

    $total_tmp=$num_tmp[$i]+$total_tmp;

    }

    for($j=0;$j<10;$j++){

    $num[$j]=$number*$num_tmp[$j]/$total_tmp;

    }

    print_r($num);

    运用这个方法可以实现每个随机数的取值范围相等且总和为100;但是问题又来了,因为按比例取值会出现小数所以生成的随机数违背了整数原则。如果我们强制用ceil,floor,round,无论是小数进一位,舍去或是四舍五入都不能保证总数和为100。所以退而求次只好小数舍一位然后最后一个数取余数。

    方法六:

    $number=100;

    $num=array();

    $num_tmp=array();

    $total=0;

    $total_tmp=0;

    for($i=0;$i<10;$i++){

    $num_tmp[$i]=mt_rand(1,10);

    $total_tmp=$num_tmp[$i]+$total_tmp;

    }

    for($j=0;$j<9;$j++){

    $num[$j]=floor($number*$num_tmp[$j]/$total_tmp);

    $total=$num[$j]+$total;

    }

    $num[9]=$number-$total;

    print_r($num);

           除了这个方法,我们再换个思路,把整数100划分100份,让每一份随机分给10个组,最终每个组的总数就是10个生成的随机数。

    方法七:

    $number=100;

    $num=array();

    for($i=0;$i<100;$i++){

    $tmp=mt_rand(1,10);

    $num[$tmp]++;

    }

    print_r($num);

    这个方法看起来写得最简单,而且优点明显,总数和为100,每个数为整数,随机范围一样,可是它的致命缺点就是有可能生成随机数0(虽然概率特别特别小)。还有一个缺点是运行速度会慢一点,因为要循环100次。不过一般小项目可以忽略。接下来针对可能生成0的致命缺点,需要想办法来完善。

    方法八:$number=100;

    $num=array();

    for($i=0;$i<$number-10;$i++){

    $tmp=mt_rand(0,9);

    $num[$tmp]++;

    }

    for($j=0;$j<10;$j++){

    $num[$j]++;

    }

    print_r($num);

    方法八的改善就是预先给每个生成数预留值1,等随机分配完之后再加上这个值。可以避免出现生成0的随机数。根据预留值的思路,我又想到另外一种方法可以提升运行速度,

    方法九:$number=100;

    $num=array();

    for($i=0;$i<9;$i++){

    $tmp[$i]=mt_rand(0,$number-10);

    }

    sort($tmp);

    $num[0]=$tmp[0]+1;

    for($j=1;$j<9;$j++){

    $num[$j]=$tmp[$j]-$tmp[$j-1]+1;

    }

    $num[9]=90-$tmp[8]+1;

    print_r($num);

    方法十用的类似一种“卡位”,想像有100张扑克牌叠在一起。然后用9张书签随机卡位,分成10份。每份的张数就是随机生成数。由于卡位可能两张书签卡在一处,出现‘0’的随机生成数,所以仍然需要预留10张扑克牌,用90张牌卡位,最后把预留的10张牌均分给每份。就形成了上面的方法,一共只用了17次循环。

    综上所述,用最后两种方法就能达到随机分配的效果。欢迎提出意见或有更好的方法分享。

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