隨機數的組合問題在面試時是經常考的,比如之前我就被問到:“有一個可以生成1-5的隨機數函數,怎樣把它擴大到1-7?”
在解決這個問題之前,先來看看另外一個比較簡單的問題:“有一個可以生成1-7的函數,怎樣把它縮小到1-5?”下面是一個生成1-7函數random7:
function random7() { return Math.floor(Math.random() * 7 + 1); }
如何把它轉成生成1-5的函數呢?這很簡單:在一個循環裡面調用random7,直到它的值小於等於5就結束循環並返回該隨機數即可,如下:
function random5() { var r = random7(); while(r > 5) { r = random7(); } return r; }
上面的思路就是:如果生成的隨機數大於5,就繼續調用random7,直到它小於等於5為止。好吧,回歸正題,再來看一下1-5如何轉成1-7吧。下面是一個隨機生成1-5的函數:
function random5() { return Math.floor(Math.random() * 5 + 1); }
我們現在的目的是要把它擴大到1-7。有一種很自然的想法可能就是:一個random5()產生的隨機數范圍是1-5,那麼兩個random5()相加的范圍就是2-10了,再減去1就是1-9了,所以,可以按照上面的思路,在random7裡來個循環,如果小於等於7就結束循環並且返回。如下:
function random7() { var r = random5() + random5() - 1; while(r > 7) { r = random5() + random5() - 1; } return r; }
這樣確實可以把1-5的范圍擴大到1-7,但是問題來了:所謂隨機函數,產生的每個值的概率是相等的,但是上面的方法產生的值概率相等嗎?我們可以使用概率論的組合知識算岀來:生成1有一種組合,就是random5() + random5() - 1;中的兩個random5()均是1,生成2有兩種組合,第一個random5()是1第二個是2,或者相反。顯然,它們的概率是不等的。所以這種方法是不行的。
為了實現生成的每個值的概率是相等的,就是使得每個值的組合數相等。一種可行的方法是使得每個值的組合只有一種,如下:
function random7() { var r = (random5() - 1) * 5 + random5(); while(r > 7) { r = (random5() - 1) * 5 + random5(); } return r; }
為什麼這樣就會使得各個值的概率相等呢?首先來看一下(random5() - 1) * 5,容易算岀這個表達式生成的可選值是0,5,10,15,20,用它去跟random5()相加,因為random5()的可選值是1, 2,3,4,5,所以兩者相加之後就會得到1-25之間的隨機數,而且產生的每個值的組合均只有一種,所以它們的概率也是相等的。
也許有人會問,(random5() - 1) * 5,這裡為什麼是乘以5而不是其他呢?這是因為乘以5之後和random5()相加,得到的數是連續的並且是等概率的。
上面討論的都是特殊情形1-5和1-7之間的轉換,對於其他的一般情形,大家可以自己試試哈。