HashMap：以随机顺序迭代键值对

Posted 2023-02-25

【中文标题】HashMap：以随机顺序迭代键值对

【英文标题】：HashMap: iterating the key-value pairs in random order

【发布时间】：2012-09-30 16:40:54

【问题描述】：

我有一个 HashMap，我想在每次获得迭代器时以不同的随机顺序迭代它们的键值对。从概念上讲，我想在调用迭代器之前“打乱”地图（或者如果你愿意，“打乱”迭代器）。

我有两个选择：

1) 使用 LinkedHashMap 的方法并在内部保留条目列表，将其就地打乱并在调用迭代器时返回该视图。 2) 获取map.entrySet()，构造一个ArrayList并在其上使用shuffle()。

虽然这两种方法看起来与我非常相似，但我期待非常大的 HashMap，所以我真的很关心细节和内部结构，因为我真的不能浪费内存或计算。

【问题讨论】：

你不知道实现细节，但你可以随时查看java源代码......如果你熟悉计算时间复杂度，你应该能够自己推断一些东西，至少对于计算部分:)

【参考方案1】：

其实你根本不需要洗牌： 只需在键数组中绘制一个随机索引并通过覆盖最后一个键来删除键：

public class RandomMapIterator<K,V> implements Iterator<V> 

private final Map<K,V> map;
private final K[] keys;

private int keysCount;

@SuppressWarnings("unchecked")
public RandomMapIterator(Map<K,V> map) 
    this.map = map;
    this.keys = (K[]) map.keySet().toArray();
    this.keysCount = keys.length;


@Override
public boolean hasNext() 
    return keysCount!=0;


@Override
public V next() 
    int index = nextIndex();
    K key = keys[index];
    keys[index] = keys[--keysCount];
    return map.get(key);


protected int nextIndex() 
    return (int)(Math.random() * keysCount);


@Override
public void remove() 
    throw new UnsupportedOperationException();

arrayList 上的

remove() 并不是一个简单的操作，因为它需要转移数据。此外，这需要通过 get() 随机访问数据结构，这是 O(1)，但仍然比内部迭代数据结构更昂贵。

@marcorossi 感谢同意remove()，但我的主要观点仍然是：随机抽奖可以达到与洗牌相同的目的，而成本只是其中的一小部分。 ArrayList 不是结构的最佳选择，因为无论如何我们都不需要维护密钥顺序。我用一个简单的数组修改了我的解决方案。决定归结为您是更愿意预先考虑 O(N) 成本还是每个 next() 的 O(1) 成本。

【参考方案2】：

重新洗牌一个大集合总是会很昂贵。每个条目至少需要一个参考。例如对于 100 万个条目，您将需要大约 4 MB。

注意；洗牌操作是O(N)

我会用

Map<K,V> map = 
List<Map.Entry<K,V>> list = new ArrayList<Map.Entry<K,V>>(map.entrySet());

// each time you want a different order.
Collections.shuffle(list);
for(Map.Entry<K, V> entry: list)  /* ... */ 

【讨论】：

如何洗牌 O(n lg n)？ Fisher-Yates 洗牌只需要线性时间，Collections.shuffle 也是如此。

正确，一个蹩脚的排序shuffle是O(N * log N)，而Java使用的shuffle确实是O(N)

这基本上是我提出的（2）方法。您依赖于每个条目的额外开销是 4 字节的事实吗？为什么会这样？

最新版本的 JVM 支持 32 位引用。对于大型集合，列表中的大部分空间将是对Map.Entrys 的引用。如果您重复重新洗牌相同的列表，会有轻微的优化。

在 Java 1.7 中，您可以在创建 ArrayList 时消除显式类型参数 Map.Entry<K,V>。所以你可以输入：= new ArrayList<>(map.entrySet());

【参考方案3】：

尝试使用并发哈希映射，并在迭代周期之前随机获取密钥

Map<String, String> map = Maps.newConcurrentMap();

        map.put("1", "1");
        map.put("2", "2");
        Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) 
            map.remove("2");// add random key values
            map.put("2", "2");
            String next = iterator.next();
            System.out.println("next" + next);
        

随机删除/放置值可以“洗牌”您的地图

【讨论】：

put 可以随机播放您的条目，但不太可能。删除/放置不会做任何事情。