Shuffle Array(Hard)

Write a method to shuffle a deck of cards. It must be a perfect shuffle - in other words, each 52! permutations of the deck has to be equally likely. Assume that you are given a random number generator which is perfect.

译文:

写一个随机洗牌函数。要求洗出的52!种组合都是等概率的。 也就是你洗出的一种组合的概率是1/(52!)。假设已经给你一个完美的随机数发生器。

解题思路

这是一道非常有名的面试题,及非常有名的算法——随机洗牌算法。

最直观的思路是什么?很简单,每次从牌堆中随机地拿一张出来。那么, 第一次拿有52种可能,拿完后剩下51张;第二次拿有51种可能,第三次拿有50种可能, …,一直这样随机地拿下去直到拿完最后1张,我们就从52!种可能中取出了一种排列, 这个排列对应的概率是1/(52!),正好是题目所要求的。

接下来的问题是,如何写代码去实现上面的算法?假设扑克牌是一个52维的数组cards, 我们要做的就是从这个数组中随机取一个元素,然后在剩下的元素里再随机取一个元素… 这里涉及到一个问题,就是每次取完元素后,我们就不会让这个元素参与下一次的选取。 这个要怎么做呢。

我们先假设一个5维数组:1,2,3,4,5。如果第1次随机取到的数是4, 那么我们希望参与第2次随机选取的只有1,2,3,5。既然4已经不用, 我们可以把它和1交换,第2次就只需要从后面4位(2,3,1,5)中随机选取即可。同理, 第2次随机选取的元素和数组中第2个元素交换,然后再从后面3个元素中随机选取元素, 依次类推。

//The bounds are inclusive, ie [2,5], and min must
//be less than max in the above example.
int randomWithRange(int min, int max){
   int range = (max - min) + 1;     
   return (int)(Math.random() * range) + min;
}

public static void shuffleArrayInteratively(int[] cards) { 
    for (int i = 0; i < cards.length; i++) { 
         //产生i到n-1间的随机数
        int k = randomWithRange(i, cards.length-1);
        int temp = cards[k];
        cards[k] = cards[i];
        cards[i] = temp;
    } 
}

References

  1. Hawstein: Card Shuffle

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