JS中数组随机排序实现方法(原地算法sort/shuffle算法)

2023-02-16 12:02

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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)

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
		}

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));
}

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)

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)

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