非重复随机数生成算法

 

生成非重复随机数的两种编程思路：

1、每次都在相同的范围内获取随机数，并将新生成的随机数与已生成的随机数逐一相比较，如果与已生成的随机数相同则重新获取随机数，若不同，则存储该随机数，继续获取下一个；

2、每次获取随机数时，都将之前生成的随机数排除在外，以保证生成的随机数不重复。

基于思路1，C++程序实现如下：

/********************************************************************
 *
 *   文 件 名：Random.cpp
 *
 *   文件描述：生成不重复的随机数
 *
 *   创 建 人：crazyhf 2012年05月17日
 *
 *   版    本：1.0
 *
 *   修改记录：
 *
 ********************************************************************/

# include <iostream>
# include <ctime>
# include <vector>

using std::cin ;
using std::cout ;
using std::endl ;
using std::vector ;

/*=================================================================================
 *
 * 函 数 名：CreateRandom
 *
 * 功能描述：在指定范围内生成n个不重复的随机整型数
 *
 * 参    数：
 *           vector < int > &randata ：存放生成的的随机数
 *           int num                 ：随机数的个数，也指定随机数的范围（0至num-1）
 *
 * 返 回 值：无返回值
 *
 * 抛出异常：
 *
 * 创 建 人：crazyhf 2012年05月17日
 *
 ==================================================================================*/

void CreateRandom( vector < int > &randata , int num )
{
    int biggest = num ;
    srand( ( unsigned ) time( 0 ) );

    while( num )
    {
        int data = rand( ) % biggest ;
        int size = randata.size( );
        int i = 0 ;

        for( ; i < size && data != randata[i] ; i++ ) ;

        if( i >= size )
        {
            randata.push_back( data );
            num-- ;
        }
    }
}

int main( int argc , char **argv )
{
    int num ;
    cout << "输入随机数个数：" ;
    
    if( cin >> num )
    {
        vector < int > randvec ;

        CreateRandom( randvec , num );

        for( int i = 0 ; i < randvec.size( ) ; i++ )
        {
            cout << randvec[i] << endl ;
        }
    }

    return 0 ;
}

分析程序可知：每生成一个随机数都要耗费O(n)的时间复杂度来判断随机数是否重复，而生成的随机数有n个，故算法的时间复杂度为O(n^2)；

                   此外该算法使用了vector来存放生成的随机数，故可知空间复杂度为O(n)。

基于上述算法，倘若采用HashMap来存放生成的随机数，则耗费的空间复杂度相同，但由于HashMap查找的时间复杂度为O(1)，

故算法的时间复杂度可以优化为O（n)。

对于思路2，则可以借助数组来实现，具体C++实现代码如下：

/********************************************************************
 *
 *   文 件 名：Random.cpp
 *
 *   文件描述：生成不重复的随机数
 *
 *   创 建 人：crazyhf 2012年05月17日
 *
 *   版    本：1.0
 *
 *   修改记录：
 *
 ********************************************************************/

# include <iostream>
# include <ctime>

using std::cin ;
using std::cout ;
using std::endl ;

/*=================================================================================
 *
 * 函 数 名：RandomAry
 *
 * 功能描述：在指定范围内生成n个不重复的随机整型数
 *
 * 参    数：
 *           int num                 ：随机数的个数，也指定随机数的范围（0至num-1）
 *
 * 返 回 值：成功则返回指向随机数存放空间的指针，失败则返回0
 *
 * 抛出异常：
 *
 * 创 建 人：crazyhf 2012年05月17日
 *
 ==================================================================================*/

int *RandomAry( int num )
{
    if( !num ) return 0 ;

    int *randomary = new int[ num ] ;
    memset( randomary , -1 , num * sizeof( int ) );

    srand( ( unsigned ) time( 0 ) );

    while( num )
    {
        int data = rand( ) % num-- ;
        int temp = randomary[ num ] ;

        if( randomary[ data ] == -1 )
            randomary[ num ] = data ;
        else
            randomary[ num ] = randomary[ data ] ;

        if( temp == -1 )
            randomary[ data ] = num ;
        else
            randomary[ data ] = temp ;
    }

    return randomary ;
}

int main( int argc , char **argv )
{
    int num ;
    cout << "输入随机数个数：" ;
    
    if( cin >> num )
    {
        int *ary = RandomAry( num );

        for( int i = 0 ; i < num ; i++ )
        {
            cout << ary[i] << endl ;
        }
        delete []ary ;
    }

    return 0 ;
}