具有非重复元素和变化范围的随机发生器

Posted 2023-02-23

【中文标题】具有非重复元素和变化范围的随机发生器

【英文标题】：A random generator with non-repeating elements and changing range

【发布时间】：2022-01-23 07:13:24

【问题描述】：

我想实现一个随机生成器，以便它能够生成从 0 到 n 的随机数，但除非范围用尽，否则它不应该返回已返回的元素。例如如果范围是 0 到 7，上一代是 4，那么 4 将不会出现在随机生成中，直到 0-7 中的所有整数都返回。这是我目前所拥有的 - 我将生成的元素交换到数组的前面并缩小范围。

现在我必须实现一个函数来在生成时更改随机生成的范围，并且在范围更改后不重复条件仍然成立。该函数采用下限和上限，表示新范围，可以小于或大于旧范围。比如返回4后，我把范围改成2到7，那么列表2-7用完后，4就不会出现在生成中了。

我不知道这样做最有效的方法是什么。我尝试创建一个黑名单并在该范围内重新生成一个数组，其中包含不在黑名单中的数字，但是在列表用完后重置数组时遇到了一些问题。

class RandomGenerator:
    def __init__(self, n):
        self.n = n
        self.start = 0
        self.arr = list(range(n+1))
        
    def generate(self):
        if self.start > self.n:
            self.arr = list(range(n+1))
        
        r = random.randint(self.start, self.n)
        out = self.arr[r]
        
        temp = self.arr[self.start]
        self.arr[self.start] = self.arr[r]
        self.arr[r] = temp
        
        self.start += 1
        
        return out

编辑：这里我通过黑名单的方式实现了一个改变范围的功能。我不确定它是否是一个有效的解决方案，但它肯定不是有效的，因为我每次调用函数生成时都会生成一个新数组。我不知道如何使用原始交换元素的方法或是否可以。

import random


class RandomGenerator():
    def __init__(self, lower, upper):
        self.lower = lower
        self.upper = upper
        self.arr = list(range(lower, upper+1))
        self.blacklist = []
    def generate(self):
        if not self.arr:
            self.arr = list(range(self.lower, self.upper+1))
            
        n = len(self.arr)-1
        r = random.randint(0, n)
        out = self.arr[r]
        self.blacklist.append(out)
        self.arr = [x for x in self.arr if x not in self.blacklist]
        
        return out
        
    def change_range(self, lower, upper):
        self.lower = lower
        self.upper = upper


gen = RandomGenerator(4, 7)
print(gen.generate())
print(gen.generate())
print(gen.generate())
print(gen.generate())
print(gen.generate())
gen.change_range(2, 7)
print(gen.generate())
print(gen.generate())
print(gen.generate())

【问题讨论】：

重置逻辑的意图并不完全清楚。你只是想重新回到你开始的地方，还是可能的数字范围应该增加？将其称为“生成器”也有点尴尬，因为这是 Python 中特定事物的名称，而您没有使用它。

我需要重新设置新的范围，新的范围可以比原来的范围小，因为它应该有一个上限和下限

但是新的范围是如何确定的呢？没有机会设置新参数，因为用户只是调用 generate() 并期望从中获得新值。

新范围被输入。我需要在类中添加另一个函数 change_range()，所以例如我可以调用 RandomGenerator.change_range(2, 6) 来设置新范围

我们无法解决您未向我们展示的代码，因此如果您的 API 有更多问题，您真的需要将它包含在问题中，否则它不会成为我们答案的一部分。

【参考方案1】：

对于小的n，你可以生成一个数字列表，随机生成shuffle它，然后从中取出pop元素；当它耗尽时，生成一个新的source，然后重复。

import random


def get_random_without_repeats(n=8):
    source = []
    while True:
        if not source:
            source = list(range(n))
            random.shuffle(source)
        yield source.pop()
        
        
for elt in get_random_without_repeats():
    print(elt)

您可以添加更复杂的逻辑来在耗尽后重新生成源，以满足您的需求。 例如，以下示例在每次源耗尽时从底部缩小值的范围

import random


def get_random_without_repeats(n=8):
    source = []
    turn = 0
    while True:
        if not source:
            source = list(range(turn, n))
            if not source:
                return StopIteration
            turn += 1
            random.shuffle(source)
        yield source.pop()
        

for elt in get_random_without_repeats():
    print(elt)

【参考方案2】：

除非我遗漏了一些明显的东西，否则你可以在生成器中无休止地从 random.sample 中提取数字 - 它们保证永远不会重复，如果你迭代像 itertools.cycle 这样的无限迭代器，你就可以拥有池用尽给定范围内的所有数字后，可能的数字“重置”：

from itertools import islice

def get_numbers(minimum, maximum):
    # minimum and maximum are inclusive
    from itertools import cycle
    from random import sample
    for generator in cycle([sample]):
        yield from generator(range(minimum, maximum+1), k=maximum+1)


print(list(islice(get_numbers(0, 7), 16)))

输出：

[0, 1, 4, 3, 7, 2, 6, 5, 1, 6, 0, 3, 7, 4, 5, 2]

【讨论】：

有没有办法在不使用内置的 itertools 函数的情况下解决这个问题？我不认为这个问题允许它，因为我应该构建自己的类。现在，我一直在尝试添加范围更改功能。