使用循环在数组中生成唯一的随机数

Posted 2023-02-25

【中文标题】使用循环在数组中生成唯一的随机数

【英文标题】：Generating Unique Random Numbers in an Array using Loop

【发布时间】：2013-10-22 03:11:00

【问题描述】：

所以问题是开发一个 [5][5] 表，每个表都包含从 1 到 100 的唯一数字（没有重复）

这就是我想出的：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main()

    int outerLoop;
    int innerLoop;

    int board[5][5]; /* Array Name And Size*/

/* seeds the random number generator*/

srand(time(NULL));

int number;

number = rand() % 101;

/* Start a loop to generate a random integer between 1 and 100 and 
assign it into the array. The loop runs 25 times*/

for (  outerLoop = 0  ;  outerLoop <= 25  ; outerLoop++ ) /* loop 25 times*/

    for (  innerLoop = 0  ;  innerLoop <= 4  ; innerLoop++   ) /* <=4 due to 5
columns*/
    
        board[outerLoop][innerLoop] = rand() % 100 + 1;
    
    printf( "%d \n", board[outerLoop][innerLoop] );

所以我几乎被困在这里。我不太确定：

board[outerLoop][innerLoop] = rand() % 100 + 1;

我只是编造的：/有什么想法吗？

【问题讨论】：

外层for循环需要为outerLoop <= 4，否则会出现奇怪的情况。

另一个可能的灵感来源 - reservoir sampling。虽然碰巧的是，第一个显示的算法与koodawg 已经建议的基于洗牌的方法相同。

【参考方案1】：

C 以 row-major order 存储数组，即第 0 行的元素在前，然后是第 1 行的元素，依此类推。

我们可以通过将int board[5][5] 视为int board[5*5] 来利用这一点。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define N 5

int main()

    int i, outerLoop = 1;
    int board[N*N];

    srand(time(NULL));

    int number;
    board[0] = rand() % 100 + 1; //initializing the first element

    while(1)
    
            number = rand() % 100 + 1 ;

            if(outerLoop == N*N)
                break;      
            else
            
                //Cheking the previous elements for no duplicacy
                for ( i = 0; i < outerLoop; i++)
                
                    if(number == board[i])
                        break;
                

                //confirming whether all the elements are checked or not and the assigning number to the array element and then increment the counter outerLoop 
                if(i == outerLoop)
                
                    board[outerLoop] = number;
                    outerLoop++;
                
                else
                    continue;
            

    

    //Printing the elements of array board[N*N]
    for (  outerLoop = 0  ;  outerLoop < N*N  ; outerLoop++ )
    
        printf( "%d\t", board[outerLoop] );
        if(outerLoop % N == 4)
            printf("\n\n");
    

【讨论】：

您好先生，请问board[0] = rand() % 100 + 1; //初始化第一个元素是什么意思？

这是因为我从1 开始我的outerLoop 计数器，对于第一次迭代，if 中的条件number == board[i] 将number 与board[i] 进行比较（必须初始化在进行任何比较之前）。您可以通过简单地将 outerLoop 初始化为 0 来省略该语句 (board[0] = rand() % 100 + 1;)。试试吧！

【参考方案2】：

你想要的是一个洗牌算法

Shuffle array in C

让你的 25 个元素的唯一#s 数组从 1 到 100；只需创建一个包含数字 1..100 的 100 元素数组，将第一个 25 从 100 个池中洗牌，然后使用第一个 25。

$ cat test.c
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>

    void shuffle(int *array, size_t array_size, size_t shuff_size)
       
        if (array_size > 1)  
           
            size_t i;
            for (i = 0; i < shuff_size - 1; i++) 
               
              size_t j = i + rand() / (RAND_MAX / (array_size - i) + 1); 
              int t = array[j];
              array[j] = array[i];
              array[i] = t;
               
           
       

  int main(int argc, char * argv[]) 
        int a[100];
        int b[5][5];
        int i,j,k=0;

        for(i=0; i<100;++i)
            a[i]=i;

        shuffle(a,100,25);

        for(i=0;i<5;++i)
            for(j=0;j<5;++j) 
                b[i][j] = a[k++];
                printf("%d ",b[i][j]);
        
        printf("\n");
       

$ gcc -o test test.c

$ ./test
0 14 76 47 55 25 10 70 7 94 44 57 85 16 18 60 72 17 49 24 53 75 67 9 19 

【讨论】：

经典的shuffle算法是Fisher-Yates。我认为这就是你正在做的，但我的头痛意味着我可能错了。

@Roddy - 如果未洗牌包的所有卡片都是唯一的，则洗牌只会改变顺序 - 卡片仍然是唯一的。按顺序将数组初始化为 1..25，然后随机播放。

@Steve314 - 100% 同意，但该信息需要成为答案的一部分！

如果您使用的是 Fisher-Yates，如果您只使用前 25 个值，则无需完全混洗您的 100 个值。一旦混洗已混洗前 25 个项目，它将永远不要再碰它们，所以洗牌项目 26..100 （你不会使用）有点毫无意义。对于您消耗的每个随机物品，您需要进行一次交换。您甚至可以将 shuffle 与项目的使用交错（如协程或生成器，但无需语言的帮助）。

抱歉——我的意思是你仍然洗牌 100 个项目的完整数组，但你只运行前 25 个项目的循环——交换仍然可以将值 26..100 交换到第一个—— 25 范围。要处理它，shuffle 函数需要三个参数 - 数组指针和两个大小 - 总共有多少项 (100) 以及必须正确打乱的项 (25)。

【参考方案3】：

把它想象成一副 100 张牌。

创建一个包含卡号 (1..100) 的 100 元素数组 随机排列数组（=deck）。 （见@koodawg 的回答和@Steve314 的评论） 将牌组中的前 25 张牌“发给”自己，放入 5x5 阵列中。

【参考方案4】：

由于int board[5][5]; 分配了连续的内存量，您只需将其初始化即可

for (i = 0; i < sizeof(board)/sizeof(int); i++)
    board[0][i] = rand() % 100 + 1;

或者像你一样使用双循环，但是你只需要在另一个循环中循环5次，或者使用sizeof自动设置迭代次数：

for (  outerLoop = 0  ;  outerLoop < sizeof(board)/sizeof(board[0])  ; outerLoop++ ) 
    for (  innerLoop = 0  ;  innerLoop < sizeof(board[0])/sizeof(board[0][0])  ; innerLoop++   ) 
        board[outerLoop][innerLoop] = rand() % 100 + 1;
    

请记住，sizeof 仅在数组的长度在编译时已知时才能以这种方式处理数组，就像在您的示例中一样。

【讨论】：

只有一个条件：没有重复！

【参考方案5】：

这里有一些伪代码来解决它：

创建一个长度为 100 的“列表”，其中包含数字 1...100，称为“numbersAvailable” 在您的内部循环中设置index = (int)rand() * numbersAvailable; 并获取数字numbersAvailable.get(index);，然后执行numbersAvailable.remove(index);

在 Java 中创建列表很容易。如果您想坚持使用 C，则必须通过数组来模拟它。 （我可以写下解决方案，但这看起来像一个家庭作业，所以我给你留点东西。

注意：与试验和拒绝解决方案相比，此解决方案的优点是构建结果所需的时间固定。

【参考方案6】：

只需创建大小为 100 的布尔数组：bool numberUsed[100]。然后在循环中：

1.Generate random number r
2.If numberUsed[r] is true, dont add that r anywhere and continue in loop
3.numberUsed[r] = true

请注意，这种方法需要使用 WHILE 循环，而不是 FOR 循环。