Fisher–Yates shuffle 洗牌算法

Fisher-Yates洗牌算法是一种高效的随机排列算法,适用于有限集合或数组的随机排序,确保每个排列出现的概率相等。该算法的时间复杂度为O(n),实现简单且效果公平。

Fisher–Yates shuffle 洗牌算法

     Fisher–Yates shuffle 算法是一个用来将一个有限集合生成一个随机排列的算法(数组随机排序)。这个算法生成的随机排列是等概率的。同时这个算法非常高效。

     算法的复杂度是O(n),伪代码如下:

-- To shuffle an array a of n elements (indices 0..n-1):
for i from n−1 downto 1 do
     j ← random integer such that 0 ≤ j ≤ i
     exchange a[j] and a[i]

     这里列举一个例子,根据每次迭代次数可以用下面的表格,描述这个算法的执行过程,如下:

     

     总之,Fisher–Yates shuffle 算法是一个非常高效又公平的随机排序算法,如果有随机排序数组的需求就使用这个算法比较好。

FisherYates 洗牌算法是一种用于随机打乱数组元素顺序的经典算法,其在数学意义上表现优秀,能保证每个元素出现在每个位置的概率是相等的,样本空间为 n!,不会出现重复选择和浪费次数的情况 [^2]。 ### 算法原理 该算法的基本思想是从原始数组中随机抽取一个新的数字到新数组中。具体步骤如下: 1. 从还没处理的数组(假如还剩 k 个)中,随机产生一个 [0, k] 之间的数字 p(假设数组从 0 开始); 2. 从剩下的 k 个数中把第 p 个数取出; 3. 重复步骤 2 和 3 直到数字全部取完; 4. 从步骤 3 取出的数字序列便是一个打乱了的数列 [^4]。 ### 实现方式 #### Python 实现 ```python import random def shuffle(lis): result = [] while lis: p = random.randrange(0, len(lis)) result.append(lis[p]) lis.pop(p) return result r = shuffle([1, 2, 2, 3, 3, 4, 5, 10]) print(r) ``` 上述 Python 代码实现了 FisherYates 洗牌算法,函数 `shuffle` 接收一个列表作为输入,通过不断随机选择元素并添加到结果列表中,最后返回打乱顺序的列表 [^4]。 #### JavaScript 实现 ```javascript Array.prototype.shuffle = function() { var input = this; for (var i = input.length - 1; i >= 0; i--) { var randomIndex = Math.floor(Math.random() * (i + 1)); var itemAtIndex = input[randomIndex]; input[randomIndex] = input[i]; input[i] = itemAtIndex; } return input; } // 使用示例 var arr = [1, 2, 3, 4, 5]; var shuffledArr = arr.shuffle(); console.log(shuffledArr); ``` 在 JavaScript 中,通过给 `Array` 原型添加 `shuffle` 方法实现了 FisherYates 洗牌算法。该方法通过倒序循环数组,每次随机选择一个元素与当前元素交换位置,最终返回打乱顺序的数组 [^5]。 #### Go 语言实现 ```go package main import ( "fmt" "math/rand" "time" ) func shuffle(slice []int) { rand.Seed(time.Now().UnixNano()) for i := len(slice) - 1; i > 0; i-- { j := rand.Intn(i + 1) slice[i], slice[j] = slice[j], slice[i] } } func main() { slice := []int{1, 2, 3, 4, 5} shuffle(slice) fmt.Println(slice) } ``` Go 语言实现的 FisherYates 洗牌算法通过 `rand` 包生成随机数,对整型切片进行原地随机洗牌 [^1]。 ### 伪代码实现 ```plaintext for(int i = suit.length - 1; i > 0; i--) { random1 = Random.next(1, i); exchange(suit[random1], suit[i]); } ``` 该伪代码展示了 FisherYates 洗牌算法的核心逻辑,通过循环从数组末尾开始,每次随机选择一个元素与当前元素交换位置 [^3]。
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