如何在 JavaScript 中对一个数组进行随机化或洗牌

Moataz Farid 2023年10月12日
  1. 根据 JavaScript 引擎对数组进行洗牌
  2. 测量我们简单算法的随机性
  3. 使用 Fisher-Yates Shuffle 算法对一个数组进行洗牌处理
  4. 使用 Underscore.jsLo-Dash 库对一个数组进行洗牌
如何在 JavaScript 中对一个数组进行随机化或洗牌

在本教程中,我们将学习如何在 JavaScript 中对一个数组进行洗牌或随机化处理;在 JavaScript 中洗牌数组的方法有很多,不管是通过实现洗牌算法还是使用一些库中已有的洗牌函数。

洗牌数组就是将其元素随机排列,所以主要看你如何对数组进行一定程度的重新排序或分类。

让我们继续前进,发现随机化或洗牌一个数组的不同方法。

根据 JavaScript 引擎对数组进行洗牌

让我们先实现一个简单的数组洗牌算法,使用 array.sort() 对数组进行排序,但使用 Math.random()-0.5 等式产生的一些随机性,-0.5 确保每次调用算法时,随机值可以是正值或负值。

让我们借助 JavaScript 引擎的力量实现这个简单的算法,并使用 Console.log() 将洗牌后的 Array 打印到控制台。

function shuffleArray(inputArray) {
  inputArray.sort(() => Math.random() - 0.5);
}

var demoArray = [1, 3, 5];
shuffleArray(demoArray);
console.log(demoArray);

输出:

[1, 5, 3]

测量我们简单算法的随机性

可以计算出该数组的排列概率,以检查我们实现的算法有多优秀、多随机。

我们来看看如何衡量它的随机性。

  1. 创建一个字典,对所有的排列组合进行外观统计。
  2. 创建一个循环,它将运行 1000000 次,每一次都将增加形成的排列组合的次数。
  3. 打印所有可能的排列组合的计数,观察它们之间的概率。

这个简单的测量算法可以像下面这样实现。

function shuffleArray(inputArray) {
  inputArray.sort(() => Math.random() - 0.5);
}

// counts of the appearances for all possible permutations
var countDic = {
  '153': 0,
  '135': 0,
  '315': 0,
  '351': 0,
  '531': 0,
  '513': 0,
};

// Creating the loop
for (var i = 0; i < 1000000; i++) {
  var arr = [1, 5, 3];
  shuffleArray(arr);
  countDic[arr.join('')]++;
}

// Print the counts of all possible permutations
for (var key in countDic) {
  console.log(`${key}: ${countDic[key]}`);
}

输出:

135: 62256
153: 375832
315: 62976
351: 311865
513: 124518
531: 62553

从上面的输出中,我们可以清楚地看到偏差,因为 135315531 出现的次数比其他的少得多,所以彼此之间的计数相似。

使用 Fisher-Yates Shuffle 算法对一个数组进行洗牌处理

这种基于 JavaScript 引擎的简单算法在过去的部分中是不可靠的,但是一个叫做 Fisher-Yates 的伟大算法就其效率和可靠性而言是更好的。

Fisher-Yates 算法背后的思想是以相反的顺序走到数组,并将每个元素与前面的随机元素交换。Fisher-Yates 是一个简单但非常有效和快速的算法。

让我们来实现 Fisher-Yates 算法。

function fisherYatesShuffle(arr) {
  for (var i = arr.length - 1; i > 0; i--) {
    var j = Math.floor(Math.random() * (i + 1));  // random index
    [arr[i], arr[j]] = [arr[j], arr[i]];          // swap
  }
}

var tmpArray = [1, 3, 5];
fisherYatesShuffle(tmpArray);
console.log(tmpArray);

我们来一步步解释一下吧

  1. for(var i =array.length-1 ; i>0 ;i--) 一个 for 循环,将在数组上按相反的顺序行走。
  2. Math.floor( Math.random() * (i + 1) ) 生成一个范围在 0 和 i 之间的随机指数。
  3. [arr[i],arr[j]]=[arr[j],arr[i]] 是用破坏性赋值语法将元素 arr[i]arr[j] 相互交换。

输出:

(3) [3, 1, 5]

现在让我们用之前的方法测试 Fisher -Yates

// counts of the appearances for all possible permutations
var countDic = {
  '153': 0,
  '135': 0,
  '315': 0,
  '351': 0,
  '531': 0,
  '513': 0,
};

// Creating the loop
for (var i = 0; i < 1000000; i++) {
  var arr = [1, 5, 3];
  fisherYatesShuffle(arr);
  countDic[arr.join('')]++;
}

// Print the counts of all possible permutations
for (var key in countDic) {
  console.log(`${key}: ${countDic[key]}`);
}

输出:

135: 166734
153: 166578
315: 166908
351: 166832
513: 166535
531: 166413

从上面的输出,你可以看到 Fisher-Yates 算法和我们之前实现的简单算法之间的巨大差异,以及 Fisher-Yates 算法的可靠性。

使用 Underscore.jsLo-Dash 库对一个数组进行洗牌

著名的 Underscore.js 库也提供了一个 shuffle 函数,可以直接随机化一个数组,而不需要你写任何算法的实现。

下面我们来看一下 _.shuffle() 方法的使用实例。

首先,我们需要在 HTML 模板里面使用 Cloudflare CDN 导入这个库。

<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/lodash.js/4.17.15/lodash.min.js"></script>

然后我们使用 _.shuffle() 方法,如。

var tmpUnderscoreArray = [1, 3, 5];
resultArray = _.shuffle(tmpUnderscoreArray);
console.log(resultArray);

输出:

(3) [1, 5, 3]

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