按权重随机选择

今日题目

今日LeetCode随机一题:528.按权重随机选择【难度:中等】

给你一个下标从 0 开始 的正整数数组 w ,其中 w[i] 代表第 i 个下标的权重
请你实现一个函数 pickIndex,它可以 随机地 从范围 [0, w.length - 1] 内(含 0 和 w.length - 1)选出并返回一个下标。选取下标 i 的 概率为w[i] / sum(w)

例如,对于 w = [1, 3],挑选下标 0 的概率为 1 / (1 + 3) = 0.25 (即,25%),而选取下标 1 的概率为 3 / (1 + 3) = 0.75(即,75%)。


题目解读

读第一遍的时候,我的表情就像上面这样。
严重怀疑自己的理解能力。
还好后来看懂了,浅浅解读一下

输入数据: w:List[int]
(即,元素为正整数的列表w)

已知条件:
1.w的索引下标从0开始;
2.w中每个元素的值代表该元素对应索引下标的权重

题目要求:
设计一个 pickIndex 函数,按权重占比为概率返回一个w的索引下标

这其实是一个广泛见于抽奖、道具抽取的应用需求
由于每个奖品价值不同,那么商家肯定不会给你等概率抽到啦。贵的奖品权重低,抽到的概率极低

举个例子
有一个奖品列表 idx=[0,1,2,3]
每个奖品被抽中的权重,组成的权重列表w=[4,1,2,3]
那么,显而易见
idx[0]被抽中的概率是4/(1+2+5+2)=4/10=0.4


算法思想

此题的重点在于如何以权重占比为概率去随机选出一个数
我们计算一下权重总和t,构造一个范围1~t的列表r
在这里插入图片描述

由上图易知,从列表r中随机一个数,若随机数为1~4,那么对应的就是选出了idx[0];若随机数为5,那么对应的就是选出了idx[1]

现在问题转化为如何表现这种对应关系
我们构造一个前缀和列表psum
在这里插入图片描述
那么这个时候就很容易啦,从r中随机出数字n,在psum中查找有序插入n的索引i(若有相同元素则插入在左边)

例如,我们随机到了6,那么在psum中其应该插入的索引i为2

关于查找算法,由于psum本身就是有序的,因此采用折半查找法效率更高

代码实现

class Solution:

    def __init__(self, w: List[int]):
        # 生成前缀和列表
        self.psum = list(accumulate(w))

    def pickIndex(self) -> int:
        # 生成1~t的随机数,t为权重总和
        n = random.randint(1, self.psum[-1])
        # 前缀和列表中查找n的索引
        return bisect_left(self.psum, n)

在这里插入图片描述

如果要在我们自己的编辑器里实现,则要完善一下引包以及main函数的实现

from typing import List
from itertools import accumulate
import random
from bisect import bisect_left

class Solution:

    def __init__(self, w: List[int]):
        # 生成前缀和列表
        self.psum = list(accumulate(w))

    def pickIndex(self) -> int:
        # 生成1~t的随机数,t为权重总和
        n = random.randint(1, self.psum[-1])
        # 前缀和列表中查找n的索引
        return bisect_left(self.psum, n)
        
def main():
    w = [4, 1, 3, 2]
    print(Solution(w).pickIndex())

if __name__=='__main__':
     main()

另外还看到了一个很牛逼的O(1)复杂度的算法。过几天续写在这里❀❀❀

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