随机生成1~n的某一排列,要求生成每种可能的排列的概率相同 。
算法描述:
给定数值分别为1~n的序列a,
循环变量i从1到n,每次循环将a[i]
与a[i]~a[n]
中的随机某元素交换,最后a数组即为随机生成的某一排列。
#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;
#define N 100005
int a[N];
int randInt(int a, int b)
{return rand()*rand()%(b-a+1)+a;
}
int main()
{srand(time(NULL));int n;cin >> n;for(int i = 1; i <= n; ++i)a[i] = i;for(int i = 1; i <= n; ++i){int j = randInt(i, n);swap(a[i], a[j]);}for(int i = 1; i <= n; ++i)cout << a[i] << ' ';return 0;
}
原序列a,每个元素的值分别为 a 1 , a 2 , . . . , a n a_1,a_2,...,a_n a1,a2,...,an
证明:依照以上方法生成的每种排列的概率相同
探究生成排列 a x 1 a x 2 . . . a x n a_{x1}a_{x2}...a_{xn} ax1ax2...axn的概率
对于第1个数 a x 1 a_{x1} ax1。第1次交换,在第1~n个数中选择 a x 1 a_{x1} ax1的概率为 1 n \frac{1}{n} n1,将 a 1 a_1 a1与 a x 1 a_{x1} ax1交换。
对于第2个数 a x 2 a_{x2} ax2。第2次交换,在第2~n个数中选择 a x 2 a_{x2} ax2的概率为 1 n − 1 \frac{1}{n-1} n−11
…
对于第n个数 a x n a_{xn} axn。第n次交换,在第n~n个数中选择 a x n a_{xn} axn的概率为 1 1 1
根据乘法原理,生成排列 a x 1 a x 2 . . . a x n a_{x1}a_{x2}...a_{xn} ax1ax2...axn的概率为 1 n ∗ 1 n − 1 ∗ . . . ∗ 1 = 1 n ! \frac{1}{n}*\frac{1}{n-1}*...*1=\frac{1}{n!} n1∗n−11∗...∗1=n!1
对于任意给定的排列,按照上述算法得到该排列的概率都是 1 n ! \frac{1}{n!} n!1,命题得证。