Java实现通过权重实现随机

本文介绍了一种基于权重进行随机选择的算法实现,通过计算各选项的权重比例并利用随机数确定选择结果,确保选择的概率符合预设权重分布。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

需求背景:从不同权重的N个元素中随机选择一个,并使得总体选择结果是按照权重分布的。

实现思路:

比如我们现在有三台服务器(IP1、IP2、IP3),权重分别为1,3,2。现在想对三台f服务器 做负载均衡,可见:

权重总和 =  三台机器权重相加

权重比例 = 自己的权重 / 总权重

   IP1           IP2           IP3

 weight      weight      weight
    1                3             2

 radio         radio         radio
  1/6             3/6           2/6

使用随机数函数(ThreadLocalRandom 或者 Random ),取 [0,6] 之间的随机数,根据随机数落在哪个范围决定如何选择。例如随机数为 2,处于 [1,4] 范围,那么就选择 IP2。

代码实现:

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class WeightRandom<T> {

    private final List<T> items = new ArrayList<>();
    private double[] weights;

    public WeightRandom(List<ItemWithWeight<T>> itemsWithWeight) {
        this.calWeights(itemsWithWeight);
    }

    /**
     * 计算权重,初始化或者重新定义权重时使用
     * 
     */
    public void calWeights(List<ItemWithWeight<T>> itemsWithWeight) {
        items.clear();

        // 计算权重总和
        double originWeightSum = 0;
        for (ItemWithWeight<T> itemWithWeight : itemsWithWeight) {
            double weight = itemWithWeight.getWeight();
            if (weight <= 0) {
                continue;
            }

            items.add(itemWithWeight.getItem());
            if (Double.isInfinite(weight)) {
                weight = 10000.0D;
            }
            if (Double.isNaN(weight)) {
                weight = 1.0D;
            }
            originWeightSum += weight;
        }

        // 计算每个item的实际权重比例
        double[] actualWeightRatios = new double[items.size()];
        int index = 0;
        for (ItemWithWeight<T> itemWithWeight : itemsWithWeight) {
            double weight = itemWithWeight.getWeight();
            if (weight <= 0) {
                continue;
            }
            actualWeightRatios[index++] = weight / originWeightSum;
        }

        // 计算每个item的权重范围
        // 权重范围起始位置
        weights = new double[items.size()];
        double weightRangeStartPos = 0;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            weights[i] = weightRangeStartPos + actualWeightRatios[i];
            weightRangeStartPos += actualWeightRatios[i];
        }
    }

    /**
     * 基于权重随机算法选择
     * 
     */
    public T choose() {
        double random = ThreadLocalRandom.current().nextDouble();
        int index = Arrays.binarySearch(weights, random);
        if (index < 0) {
            index = -index - 1;
        } else {
            return items.get(index);
        }

        if (index < weights.length && random < weights[index]) {
            return items.get(index);
        }

        // 通常不会走到这里,为了保证能得到正确的返回,这里随便返回一个
        return items.get(0);
    }

    public static class ItemWithWeight<T> {
        T item;
        double weight;

        public ItemWithWeight() {
        }

        public ItemWithWeight(T item, double weight) {
            this.item = item;
            this.weight = weight;
        }

        public T getItem() {
            return item;
        }

        public void setItem(T item) {
            this.item = item;
        }

        public double getWeight() {
            return weight;
        }

        public void setWeight(double weight) {
            this.weight = weight;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int sampleCount = 1000000;

        ItemWithWeight<String> server1 = new ItemWithWeight<>("ip1", 1.0);
        ItemWithWeight<String> server2 = new ItemWithWeight<>("ip2", 2.0);
        ItemWithWeight<String> server3 = new ItemWithWeight<>("ip3", 3.0);

        WeightRandom<String> weightRandom = new WeightRandom<>(Arrays.asList(server1, server2, server3));

        Map<String, AtomicInteger> statistics = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < sampleCount; i++) {
            statistics.computeIfAbsent(weightRandom.choose(), (k) -> new AtomicInteger())
                    .incrementAndGet();
        }
        statistics.forEach((k, v) -> {
            double hit = (double) v.get() / sampleCount;
            System.out.println(k + ", count:" + v.get() + ", hit:" + hit);
        });
    }
}

效果: IP1:IP2:IP3 的比例对应 1:2:3

### 带权重随机选择算法 带权重随机选择是一种常见的需求,在许多场景下用于模拟概率事件的发生。以下是基于 Lua 的一种实现方法,该方法通过累积权重来计算每个选项被选中的概率。 #### 算法原理 为了实现权重随机选择,通常会采用如下策略: 1. 将所有选项的权重累加起来形成总权重。 2. 随机生成一个介于 `[0, 总权重)` 之间的数值。 3. 遍历选项列表,逐步减去当前项的权重直到剩余值小于等于零为止,此时对应的选项即为所选目标[^4]。 下面是具体的 Lua 实现: ```lua function weighted_random_choice(items) local total_weight = 0 -- 计算总权重 for _, item in ipairs(items) do total_weight = total_weight + item.weight end -- 生成一个位于 [0, total_weight) 范围内的随机数 local random_value = math.random() * total_weight -- 找到对应的选择 for _, item in ipairs(items) do if random_value < item.weight then return item.value end random_value = random_value - item.weight end end -- 测试数据结构定义 local items = { {value = "A", weight = 1}, {value = "B", weight = 2}, {value = "C", weight = 3} } for i = 1, 10 do print(weighted_random_choice(items)) end ``` 上述代码片段展示了如何创建一个函数 `weighted_random_choice` 来完成带权重随机选择操作。其中输入参数是一个数组形式的数据集,每条记录包含两个属性:`value`(表示实际的内容),以及`weight`(代表其相对重要程度)。 #### 关键点解析 - **随机数范围控制**:确保产生的随机浮点数严格处于指定区间内,从而避免边界条件引发错误判断。 - **效率考量**:虽然这里采用了简单的线性扫描方式查找匹配项目,但对于大规模或者频繁调用场合可能需要进一步优化成二分查找等高效手段。 --- ###
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