478. Generate Random Point in a Circle

Posted 2021-01-15 liaohuiqiang

1. 问题

给定一个圆的半径和圆心坐标，生成圆内点的坐标。

2. 思路

简单说

（1）在圆内随机取点不好做，但是如果画出这个圆的外接正方形，在正方形里面采样就好做了。
（2）取两个random确定正方形内的横坐标和纵坐标即可在正方形内采样。
（3）如果采样到的点不在圆内，则丢弃，继续采样，当采样的点在圆内，则返回该点。
（4）这样采样可以视作在圆内采样的一种近似，到这里就可以把问题解决了。下面是一些扩展知识。

拒绝采样（Reject Sampling）的解释

这个方法利用了拒绝采样的方法，该方法的详细阐述我在前一篇文章470. Implement Rand10() Using Rand7() （拒绝采样Reject Sampling）中提过，下面的解释以这里面拒绝采样的介绍为基础，沿用里面的符号和式子。

把圆内点的分布当作p(x)，圆内可以看作有 (pi r^2)个点，每个点的概率为 $ 1 / (pi r^2) $。
然后把正方形内点的分布当作q(x)，正方形内可以看作有 (4r^2)个点，每个点的概率为 $1 / (4r^2) $。
这里我们M取(4/pi)。
我们在(q(x))上采点，每个点采到的概率为$1 / (4r^2) $，乘上M就是 $ 1 / (pi r^2) (，对于每个随机变量，)M * q(x)(为) 1 / (pi r^2) (。)p(x)(是圆内点的分布，当采到的点在圆内时，) p(x) = 1 / (pi r^2) (，那么接受概率为)p(x) / (M * q(x))(就是1。当采到的点在圆外时，)p(x)$为0，所以接受概率为0。

3. 代码

class Solution(object):
    def __init__(self, radius, x_center, y_center):
        """
        :type radius: float
        :type x_center: float
        :type y_center: float
        """
        self.radius = radius
        self.x_center = x_center
        self.y_center = y_center

    def randPoint(self):
        """
        :rtype: List[float]
        """
        while True:
            x = (self.x_center - self.radius) + random.random() * self.radius * 2
            y = (self.y_center - self.radius) + random.random() * self.radius * 2
            if (x - self.x_center) ** 2 + (y - self.y_center) ** 2 <= self.radius ** 2:
                return [x, y]

4. 类似题目

470. Implement Rand10() Using Rand7() （拒绝采样Reject Sampling）