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JS 中数组随机排序实现(原地算法 sort/shuffle 算法)

作者:不叫猫先生
  • 2023-05-05
    北京
  • 本文字数:1807 字

    阅读完需:约 6 分钟

JS中数组随机排序实现(原地算法sort/shuffle算法)

一、原地算法

在谈 sort 之前,我们先了解一下原地算法,什么事原地算法呢?所谓原地算法就是说基于原有的数据结构进行一定的操作修改,而不借助额外的空间。使用原地算法时,其内存干净,空间复杂度是 O(1),可以减少没必要的内存,避免造成内存浪费和冗余。当然,减小内存损耗会带来算法复杂度和时间消耗的增加,所以是一个 Tradeoff。Tradeoff 是一种针对目标选择有效的路径的思维方式,需要对做的事情权衡利弊,选择最佳方式处理问题。

二、Array.property.sort()

含义:sort 方法基于原地算法实现数组排序,直接对数据进行排序参数:sort(compare(a,b)),指定顺序对数组进行排序,不写参数的时候,默认会将原数据转换成字符串按照字符的 Unicode 编码进行排序。


compare(a,b)中,a、b 都是比较参数,当 a-b>0 ,交换位置 a-b=0,位置不变 a-b<0,位置不变


随机排序我们都会想到 Math 的 random 方法,具体实现如下,但是这样操作确有缺陷,理论很丰满,实践很残酷。

1、方法一(不推荐)

arr.sort(() => Math.random() - 0.5)
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  • 缺陷:chrome 浏览器对于数组长度为 10 以内的使用插入排序,反之则为快速排序和插入排序的组合,故而并不能做到随机分布。

  • 测试:测试某数据在数组中各个位置的次数。


    let obj = {};    let count = 0;    let n = 10000;    while (n--) {      let arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12,13,14]      arr.sort(() => Math.random() - 0.5)      let index = arr.indexOf(1)//取1在数组排序后的位置      obj[index] ? obj[index]++ : obj[index] = 1    }
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  • 输出:


  • 图示:



ECMAScript 中关于 Array.prototype.sort(comparefn)的标准,其中并没有规定具体的实现算法,但是提到一点: Calling comparefn(a,b) always returns the same value v when given a specific pair of values a and b as its two arguments.也就是说,对同一组a、b的值,comparefn(a, b)需要总是返回相同的值。而上面的() => Math.random() -0.5(即(a, b) => Math.random() - 0.5)显然不满足这个条件。 翻看 v8 引擎数组部分的源码,注意到它出于对性能的考虑,对短数组(例如长度小于 10)使用的是插入排序,对长数组则使用了快速排序。


理解:(a, b) => Math.random() - 0.5,每次 a,b 都是固定的,但是 Math.random() - 0.5)却是随机的,

2、方法一改良

构造一个新数组,如[{v:1,k:Math.random()},{v:1,k:Math.random()}],具体如下:


let arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12,13,14]for(let i=0;i<arr.length;i++){    shuffle(arr)}function shuffle(arr){   let newArr = arr.map(item=>({v:i,k:Math.random())})   newArr.sort((a,b)=> (a.k - b.k))   arr.splice(0, arr.length, ...newArr.map(i => i.v));}
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三、洗牌算法实现随机排序

1、换牌

逻辑:从一副牌中抽取一张,与最后一张牌进行交换,放到最后证明该牌已经被随机抽选过,而被交换的牌就排在前面,就有机会被继续抽选。


  • 随机抽取一张

  • 抽取的放置到最后位置

  • 最后位置的牌放置在随机抽取的位置


let arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12,13,14];funtion shuffle(ar){   for(let i = arr.length;i>0;i--){      let temRandom =  Math.floor(Math.random()*i)      arr[i] = arr[temRandom];      arr[temRandom] = arr[i]   }   return arr}shuffle(arr)
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2、抽牌

逻辑:从一副牌抽取一张放置一旁,则这幅牌会越抽越少,直至到最后一张。


  • 随机抽取一张

  • 抽取的牌放置旁边

  • 在抽取的那副牌冲除去随机抽取的那张牌


let arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12,13,14];funtion shuffle(ar){   let temp = [];   for(let i = arr.length;i>0;i--){      let temRandom =  Math.floor(Math.random()*i)      temp.push(arr[temRandom])      arr.splice(temRandom,1)//抽取一张后,要除去这张牌,然后在剩下的牌中继续抽   }   return temp}shuffle(arr)
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附:本文用到的 JS 基础

本文用到数组方法基本介绍


  • splice 返回被删除的元素,直接修改数组数据,可接受 1/2/3 个参数


let arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12,13,14];arr.splice(0)//删除索引从0开始的所有数据,即删除所有数据arr.splice(0)//删除索引从1开始的所有数据,即只保留第一位数据arr.splice(2,1)//删除索引为2的数据arr.splice(0,arr.length,5)//删除原数组的数据,并把数据5填充到arr中
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  • Math.floor() 向下取整

  • Math.ceil() 向上取整

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