海量数据等概率随机抽样-蓄水池算法

问题起源于编程珠玑Column 12中的题目10,其描述如下:

How could you select one of n objects at random, where you see the objects sequentially but you do not know the value of n beforehand? For concreteness, how would you read a text file, and select and print one random line, when you don’t know the number of lines in advance?

问题定义可以简化如下:在不知道文件总行数的情况下,如何从文件中随机的抽取一行?

首先想到的是我们做过类似的题目吗?当然,在知道文件行数的情况下,我们可以很容易的用C运行库的rand函数随机的获得一个行数,从而随机的取出一行,但是,当前的情况是不知道行数,这样如何求呢?我们需要一个概念来帮助我们做出猜想,来使得对每一行取出的概率相等,也即随机。这个概念即蓄水池抽样(Reservoir Sampling)

有了这个概念,我们便有了这样一个解决方案:定义取出的行号为choice,第一次直接以第一行作为取出行 choice ,而后第二次以二分之一概率决定是否用第二行替换 choice ,第三次以三分之一的概率决定是否以第三行替换 choice ……,以此类推。

这种方法的巧妙之处在于成功的构造出了一种方式使得最后可以证明对每一行的取出概率都为1/n(其中n为当前扫描到的文件行数),换句话说对每一行取出的概率均相等,也即完成了随机的选取。

回顾这个问题,我们可以对其进行扩展,即如何从未知或者很大样本空间随机地取k个数?

类比下即可得到答案,即先把前k个数放入蓄水池,对第k+1,我们以k/(k+1)概率决定是否要把它换入蓄水池,换入时随机的选取一个作为替换项,这样一直做下去,对于任意的样本空间n,对每个数的选取概率都为k/n。也就是说对每个数选取概率相等。

以上摘自 参考[1]。

 

参考

[1] Reservoir Sampling - 蓄水池抽样 http://www.cnblogs.com/HappyAngel/archive/2011/02/07/1949762.html

文档信息

作者:一个农夫 ( www.cnblogs.com/afarmer )

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内容概要:本文档提供了关于“微型车间生产线的设计与生产数据采集试验研究”的毕业设计复现代码,涵盖从论文结构生成、机械结构设计、PLC控制系统设计、生产数据采集与分析系统、有限元分析、进度管理、文献管理和论文排版系统的完整实现。通过Python代码和API调用,详细展示了各个模块的功能实现和相互协作。例如,利用SolidWorks API设计机械结构,通过PLC控制系统模拟生产流程,使用数据分析工具进行生产数据的采集和异常检测,以及利用进度管理系统规划项目时间表。 适合人群:具有机械工程、自动化控制或计算机编程基础的学生或研究人员,尤其是从事智能制造领域相关工作的人员。 使用场景及目标:①帮助学生或研究人员快速搭建和理解微型车间生产线的设计与实现;②提供完整的代码框架,便于修改和扩展以适应不同的应用场景;③作为教学或科研项目的参考资料,用于学习和研究智能制造技术。 阅读建议:此资源不仅包含详细的代码实现,还涉及多个学科领域的知识,如机械设计、电气控制、数据分析等。因此,在学习过程中,建议读者结合实际操作,逐步理解每个模块的功能和原理,并尝试调整参数以观察不同设置下的系统表现。同时,可以参考提供的文献资料,深入研究相关理论和技术背景。
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