前端面试(算法篇) - 数组乱序

2019-03-12

一、面试题

问:有一个长度为 100 的数组,如何从中随机挑选 50 个元素,组成一个新的数组?

答:这个...那个...emmmmmm

问:那先不挑 50 个,就挑一个数,知道怎么做吗?

答:这个我知道!随机生成一个 0 ~ 99 的数,然后去原数组取对应位置的元素就可以了~

let randomIndex = arr[Math.floor(Math.random() * arr.length)];

问:好,回到最初的问题,怎么挑选 50 个元素?

答:我知道了,在 0 ~ 99 的范围内,随机生成 50 个不重复的数字!

问:是这个思路,具体的实现呢?记得保证效率哦。

答:(吧啦吧啦吧啦)

问:现在假设数组的元素都是 String 类型,如果要把这个数组元素的顺序打乱,有什么办法么?

答:数组的 sort() 方法可以传入一个函数作为参数,这个函数的返回值可以决定排列顺序。在这个函数中写一个随机数,然后就能乱序了。

问:这是一个思路,但这只是伪随机。

答:啊咧?

问:听说过“洗牌算法”吗?

 

二、随机取数

按照上面随机挑选一个数的思路,从原数组中随机抽取一个数,然后使用 splice 删掉该元素

function getRandomArrElement(arr, count) { let res = [] while (res.length < count) { // 生成随机 index
        let randomIdx = (Math.random() * arr.length) >> 0; // splice 返回的是一个数组
        res.push(arr.splice(randomIdx, 1)[0]); } return res }

上面生成随机 index 用到了按位右移操作符 >> 

当后面的操作数是 0 的时候,该语句的结果就和 Math.floor() 一样,是向下取整

但位操作符是在数值表示的最底层执行操作,因此速度更快

// 按位右移
(Math.random() * 100) >> 0

// Math.floor
Math.floor(Math.random() * 100) /* 这两种写法的结果是一样的,但位操作的效率更高 */

 

三、通过 sort 乱序

首先认识一下 Array.prototype.sort()

这个方法可以传入一个参数 compareFunction,这个参数必须是函数

同时 sort() 会暴露出 Array 中的两个元素 (a, b) 作为参数传给 compareFunction

sort() 会根据 compareFunction(a, b) 的返回值,来决定 a 和 b 的相对位置:

  • 如果 compareFunction(a, b) 小于 0 ,那么 a 会被排列到 b 之前;
  • 如果 compareFunction(a, b) 大于 0 ,那么 b 会被排列到 a 之前;
  • 如果 compareFunction(a, b) 等于 0 , a 和 b 的相对位置不变(不稳定!)

根据以上规则,可以在 compareFunction 中生成一个随机数,然后根据随机数做运算,返回一个正负未知的 Number,从而实现乱序

function randomSort(a,b) { return .5 - Math.random(); } let arr = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']; arr.sort(randomSort);

但这并不是真正的乱序,计算机的 random 函数因为循环周期的存在,无法生成真正的随机数

 

四、Fisher–Yates shuffle 洗牌算法

洗牌算法的思路是:

先从数组末尾开始,选取最后一个元素,与数组中随机一个位置的元素交换位置

然后在已经排好的最后一个元素以外的位置中,随机产生一个位置,让该位置元素与倒数第二个元素进行交换

以此类推,打乱整个数组的顺序

function shuffle(arr) { let len = arr.length; while (len) { let i = (Math.random() * len--) >> 0;
// 交换位置 let temp
= arr[len]; arr[len] = arr[i]; arr[i] = temp; } return arr; }

再结合 ES6 的解构赋值,使用洗牌算法就更方便了:

Array.prototype.shuffle = function() { let m = this.length, i; while (m) { i = (Math.random() * m--) >>> 0; [this[m], this[i]] = [this[i], this[m]] } return this; }

 

五、用洗牌算法随机取数

再回到从长度为 100 的数组中取 50 个数的问题

之前用的是 splice 修改原数组,如果结合洗牌算法,又会有别的思路

最好是自己先思考一下,然后再展开代码进行比较

function getRandomArrElement(arr, count) { let shuffled = arr.slice(0), i = arr.length, min = i - count, temp, index; while (i > min) { index = Math.floor((i--) * Math.random()); temp = shuffled[index]; shuffled[index] = shuffled[i]; shuffled[i] = temp; } return shuffled.slice(min); }
用洗牌算法从数组中随机取数

 

最后放个彩蛋,关于两种随机取数的性能孰优孰劣

我用 Array.form 生成了一个长度为一百万的数组,然后从中随机取十万个数

首先是使用 splice 的方案:

 然后是洗牌算法:

喵喵喵?!! 

 

 

参考资料:

《js随机数组,js随机洗牌算法》

《也谈前端面试常见问题之『数组乱序』》

《How to randomize (shuffle) a JavaScript array?》