几种洗牌算法的 Go 实现

[CC11001100]

项目地址： https://github.com/golang-infrastructure/go-shuffle

洗牌算法（ Shuffle Algorithm ）

一、支持的洗牌算法

洗牌算法的定义：为有限集合生成随机排序的算法。

目前支持的洗牌算法：

• Fisher–Yates-Knuth
• Scatology

二、安装

go get -u github.com/golang-infrastructure/go-shuffle

三、API 代码示例

3.1 对切片 shuffle

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/golang-infrastructure/go-shuffle"
)

func main() {

	// 对切片中的元素 shuffle
	slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
	shuffle.Shuffle(slice)
	fmt.Println(slice)
	// Output:
	// [5 1 2 3 4]

}

3.2 对矩阵 shuffle

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/golang-infrastructure/go-shuffle"
)

func main() {

	// 对二维矩阵中的元素 shuffle
	matrix := [][]int{
		{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10},
		{11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20},
		{21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30},
		{31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40},
	}
	// 注意可能会返回错误，比如二维数组每行长度不一致则无法 shuffle
	err := shuffle.ShuffleMatrix(matrix)
	if err != nil {
		fmt.Println("Shuffle matrix failed: " + err.Error())
		return
	}
	fmt.Println(matrix)
	// Output:
	// [[11 40 6 23 15 28 4 7 37 21] [29 26 33 5 35 13 22 32 19 34] [31 30 36 20 2 10 24 39 9 27] [16 8 18 14 1 17 38 12 25 3]]

}

四、Fisher–Yates-Knuth 洗牌算法

假设现在有一个数组：

[1, 2, 3, 4, 5]

从最右边的坐标len(slice)-1开始作为right_index，每次从[0, right_index]随机选择一个下标，将选中的下标的值与right_index交换，并将right_index减一往左偏移。

代码示例：

// 使用自己独立的随机数生成器，与其它的调用区分开
var standaloneRand = rand.New(rand.NewSource(time.Now().Unix()))

// FisherYatesKnuthShuffle Fisher–Yates-Knuth Shuffle 或 算法对一维数组洗牌，O(n)
func FisherYatesKnuthShuffle[T any](slice []T) {
	for index := len(slice) - 1; index > 0; index-- {
		chooseIndex := standaloneRand.Intn(index + 1)
		slice[chooseIndex], slice[index] = slice[index], slice[chooseIndex]
	}
}

我们对上面的算法扩展一下，很容易就能得到矩阵的 shuffle 算法，将矩阵的每一行看做是拼接起来的一维数组，则将对矩阵进行 shuffle 的算法转换为了对切片 shufle 的算法，而对切片进行 shuffle 我们已经实现过了，API 代码示例：

// FisherYatesShuffleMatrix Fisher–Yates-Knuth shuffle 算法对矩阵洗牌
func FisherYatesShuffleMatrix[T any](matrix [][]T) error {

	// 参数检查
	if err := check(matrix); err != nil {
		return err
	}

	row, col := len(matrix), len(matrix[0])
	for index := row*col - 1; index > 0; index-- {
		chooseIndex := standaloneRand.Intn(index + 1)
		matrix[index/col][index%col], matrix[chooseIndex/col][chooseIndex%col] = matrix[chooseIndex/col][chooseIndex%col], matrix[index/col][index%col]
	}

	return nil
}

// 需要保证传入的二维数据是一个矩阵，否则后面可能会越界 panic
func check[T any](matrix [][]T) error {
	for i := 1; i < len(matrix); i++ {
		if len(matrix[i]) != len(matrix[i-1]) {
			return ErrMatrixUnavailable
		}
	}
	return nil
}

五、Scatology 算法

就是在 Fisher–Yates-Knuth 的基础上随机选择的时候不再选择最右边的[0,right_index)，不再展开详解。