Bộ tạo số giả ngẫu nhiên tuyến tính công suất
O (1) Bộ nhớ
O (k) Hoạt động
Vấn đề này có thể được giải quyết bằng một Trình tạo thông số tuyến tính đơn giản . Điều này yêu cầu chi phí bộ nhớ không đổi (8 số nguyên) và tối đa là 2 * (độ dài chuỗi).
Tất cả các giải pháp khác sử dụng nhiều bộ nhớ hơn và nhiều máy tính hơn! Nếu bạn chỉ cần một vài chuỗi ngẫu nhiên, phương pháp này sẽ rẻ hơn đáng kể. Đối với phạm vi kích thước N, nếu bạn muốn tạo theo thứ tự chuỗi- Nduy nhất ktrở lên, tôi khuyên bạn nên sử dụng giải pháp được chấp nhận bằng cách sử dụng các phương pháp nội trang random.sample(range(N),k)vì điều này đã được tối ưu hóa trong python cho tốc độ.
Mã
# Return a randomized "range" using a Linear Congruential Generator
# to produce the number sequence. Parameters are the same as for
# python builtin "range".
# Memory -- storage for 8 integers, regardless of parameters.
# Compute -- at most 2*"maximum" steps required to generate sequence.
#
def random_range(start, stop=None, step=None):
import random, math
# Set a default values the same way "range" does.
if (stop == None): start, stop = 0, start
if (step == None): step = 1
# Use a mapping to convert a standard range into the desired range.
mapping = lambda i: (i*step) + start
# Compute the number of numbers in this range.
maximum = (stop - start) // step
# Seed range with a random integer.
value = random.randint(0,maximum)
#
# Construct an offset, multiplier, and modulus for a linear
# congruential generator. These generators are cyclic and
# non-repeating when they maintain the properties:
#
# 1) "modulus" and "offset" are relatively prime.
# 2) ["multiplier" - 1] is divisible by all prime factors of "modulus".
# 3) ["multiplier" - 1] is divisible by 4 if "modulus" is divisible by 4.
#
offset = random.randint(0,maximum) * 2 + 1 # Pick a random odd-valued offset.
multiplier = 4*(maximum//4) + 1 # Pick a multiplier 1 greater than a multiple of 4.
modulus = int(2**math.ceil(math.log2(maximum))) # Pick a modulus just big enough to generate all numbers (power of 2).
# Track how many random numbers have been returned.
found = 0
while found < maximum:
# If this is a valid value, yield it in generator fashion.
if value < maximum:
found += 1
yield mapping(value)
# Calculate the next value in the sequence.
value = (value*multiplier + offset) % modulus
Sử dụng
Việc sử dụng hàm này "random_range" giống như đối với bất kỳ trình tạo nào (như "range"). Một ví dụ:
# Show off random range.
print()
for v in range(3,6):
v = 2**v
l = list(random_range(v))
print("Need",v,"found",len(set(l)),"(min,max)",(min(l),max(l)))
print("",l)
print()
Kết quả mẫu
Required 8 cycles to generate a sequence of 8 values.
Need 8 found 8 (min,max) (0, 7)
[1, 0, 7, 6, 5, 4, 3, 2]
Required 16 cycles to generate a sequence of 9 values.
Need 9 found 9 (min,max) (0, 8)
[3, 5, 8, 7, 2, 6, 0, 1, 4]
Required 16 cycles to generate a sequence of 16 values.
Need 16 found 16 (min,max) (0, 15)
[5, 14, 11, 8, 3, 2, 13, 1, 0, 6, 9, 4, 7, 12, 10, 15]
Required 32 cycles to generate a sequence of 17 values.
Need 17 found 17 (min,max) (0, 16)
[12, 6, 16, 15, 10, 3, 14, 5, 11, 13, 0, 1, 4, 8, 7, 2, ...]
Required 32 cycles to generate a sequence of 32 values.
Need 32 found 32 (min,max) (0, 31)
[19, 15, 1, 6, 10, 7, 0, 28, 23, 24, 31, 17, 22, 20, 9, ...]
Required 64 cycles to generate a sequence of 33 values.
Need 33 found 33 (min,max) (0, 32)
[11, 13, 0, 8, 2, 9, 27, 6, 29, 16, 15, 10, 3, 14, 5, 24, ...]