1.前言
测试数据中，需要用到随机数据，同时要求数据不能重复。所以最终想到了洗牌的方式来生成测试数据，也就是大名鼎鼎的shuffle算法。
2.相关知识
2.1 算法描述
考虑了不需要额外地申请空间，所以需要再数组内部进行调整。
for i=1 to n do swap( a[i], a[random(i,n)] );
2.2 数学证明
数学归纳法证明，随机数据为平均分布：
- 当n=1时，所以元素arr[0]在任何一个位置的概率为1/1，命题成立；
- 假设当n=k时，命题成立，即原数组中任何一个元素在任何一个位置的概率为1/k；
- 则当n=k+1时，当算法执行完k次时，前k个元素在前k个位置的概率均为1/k；
- 当执行最后一步时，前k个元素中任何一个元素被替换到第k+1位置的概率为：(1-1/(k+1)) * 1/k = 1/(k+1)；
- 在前面k个位置任何一个位置的概率为(1-1/(k+1)) * 1/k = 1/(k+1)；
- 对于第k+1个元素，其在原位置的概率为1/k+1，在前k个位置任何一个位置的概率为：(1-k /(k+1)) * (1/k) = 1/(k+1)；
- 所以对于第k+1个元素，其在整个数组前k+1个位置上的概率也均为1/k+1；
综上所述，对于任意n，只要按照方案中的方法，即可满足每个元素在任何一个位置出现的概率均为1/n。
3.实现
基础数组申请：
static inline u32 *
__integer_array_alloc(u32 min, u32 max)
{
u32 ix = 0;
u32 *parry = NULL;
size_t nmemb = max - min + 1;
parry = (u32 *)malloc(nmemb * sizeof(u32));
if (!parry) {
return NULL;
}
for (ix = 0; ix < nmemb; ix++) {
parry[ix] = min + ix;
}
return parry;
}
洗牌，选取 roll rear 两个位置，进行交换。但要注意的是 rand() 获取的其实是伪随机数。某些安全场景下需要换为真随机数。
static inline void
__integer_array_shuffle(u32 *parry, size_t nmemb)
{
u32 ix = 0;
u32 roll = 0;
u32 rear = 0;
for (ix = 0; ix < nmemb; ix++) {
roll = rand() % (nmemb - ix);
rear = nmemb - ix - 1;
if (roll == rear) {
continue;
}
/* Swap */
parry[roll] = parry[roll] ^ parry[rear];
parry[rear] = parry[roll] ^ parry[rear];
parry[roll] = parry[roll] ^ parry[rear];
}
}
为了方便查看效果，加一个打印函数
static inline void
__integer_array_display(u32 *parry, size_t nmemb)
{
printf("---------------------------------------------\n");
u32 ix = 0;
for (ix = 0; ix < nmemb; ix++) {
printf("%4d ", parry[ix]);
if (((ix + 1) & 0x7) == 0) {
printf("\n");
}
}
printf("\n");
printf("---------------------------------------------\n");
}
所以，最终封装的函数如下：
u32 *utils_random_sequence_alloc(u32 min, u32 max)
{
u32 *parry = NULL;
if (max <= min) {
printf("Input error\n");
return NULL;
}
parry = __integer_array_alloc(min, max);
__integer_array_display(parry, max - min + 1);
__integer_array_shuffle(parry, max - min + 1);
__integer_array_display(parry, max - min + 1);
return parry;
}
生成100个随机数据，执行结果如下：
---------------------------------------------
0 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 41 42 43 44 45 46 47
48 49 50 51 52 53 54 55
56 57 58 59 60 61 62 63
64 65 66 67 68 69 70 71
72 73 74 75 76 77 78 79
80 81 82 83 84 85 86 87
88 89 90 91 92 93 94 95
96 97 98 99 100
---------------------------------------------
---------------------------------------------
36 25 30 75 52 44 89 12
27 29 6 21 13 63 84 0
41 22 81 79 7 28 83 47
57 66 11 46 43 15 18 40
4 39 70 71 14 77 64 97
96 95 10 38 100 60 88 20
69 26 68 53 16 56 61 17
90 65 73 33 76 92 58 24
23 98 74 34 51 42 49 55
9 59 62 93 37 87 19 82
8 54 80 85 45 78 94 3
35 67 2 1 48 50 99 31
91 5 72 86 32
---------------------------------------------
4. 结论
本章介绍的shuffle算法为非常好理解且实现简单的算法，在项目实用性非常强。同样的在c++中，也有std::random_shuffle的实用方法。
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参考文章：
[1]：https://blog.csdn.net/cyningsun/article/details/7545679
[2]：https://blog.csdn.net/y417244146/article/details/46819091