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极客学院团队出品 · 更新于 2018-07-18 13:00:41

打乱数组中的元素

问题

你想打乱数组中的元素。

解决方案

Fisher-Yates shuffle 是一种高效、公正的方式来让数组中的元素随机化。这是一个相当简单的方法:在列表的结尾处开始,用一个随机元素交换最后一个元素列表中的最后一个元素。继续下一个并重复操作,直到你到达列表的起始端,最终列表中所有的元素都已打乱。这 [ Fisher-Yates shuffle Visualization ]( http://bost.ocks.org/mike/shuffle/) 可以帮助你理解算法。

shuffle = (source) ->
  # Arrays with < 2 elements do not shuffle well. Instead make it a noop.
  return source unless source.length >= 2
  # From the end of the list to the beginning, pick element `index`.
  for index in [source.length-1..1]
    # Choose random element `randomIndex` to the front of `index` to swap with.
    randomIndex = Math.floor Math.random() * (index + 1)
    # Swap `randomIndex` with `index`, using destructured assignment
    [source[index], source[randomIndex]] = [source[randomIndex], source[index]]
  source

shuffle([1..9])
# => [ 3, 1, 5, 6, 4, 8, 2, 9, 7 ]

讨论

一种错误的方式

有一个很常见但是错误的打乱数组的方式:通过随机数。

shuffle = (a) -> a.sort -> 0.5 - Math.random()

如果你做了一个随机的排序,你应该得到一个序列随机的顺序,对吧?甚至微软也用这种随机排序算法 。原来,[这种随机排序算法产生有偏差的结果]( http://blog.codinghorror.com/the-danger-of-naivete/) ,因为它存在一种洗牌的错觉。随机排序不会导致一个工整的洗牌,它会导致序列排序质量的参差不齐。

速度和空间的优化

以上的解决方案处理速度是不一样的。该列表,当转换成 JavaScript 时,比它要复杂得多,变性分配比处理裸变量的速度要慢得多。以下代码并不完善,并且需要更多的源代码空间 … 但会编译量更小,运行更快:

shuffle = (a) ->
  i = a.length
  while --i > 0
    j = ~~(Math.random() * (i + 1)) # ~~ is a common optimization for Math.floor
    t = a[j]
    a[j] = a[i]
    a[i] = t
  a

扩展 Javascript 来包含乱序数组

下面的代码将乱序功能添加到数组原型中,这意味着你可以在任何希望的数组中运行它,并以更直接的方式来运行它。

Array::shuffle ?= ->
  if @length > 1 then for i in [@length-1..1]
    j = Math.floor Math.random() * (i + 1)
    [@[i], @[j]] = [@[j], @[i]]
  this

[1..9].shuffle()
# => [ 3, 1, 5, 6, 4, 8, 2, 9, 7 ]

注意: 虽然它像在 Ruby 语言中相当普遍,但是在 JavaScript 中扩展本地对象通常被认为是不太好的做法 ( 参考: Maintainable JavaScript: Don’t modify objects you don’t own
正如提到的,以上的代码的添加是十分安全的。它仅仅需要添 Array :: shuffle 如果它不存在,就要添加赋值运算符 (? =) 。这样,我们就不会重写到别人的代码,或是本地浏览器的方式。

同时,如果你认为你会使用很多的实用功能,可以考虑使用一个工具库,像 Lo-dash 。他们有很多功能,像跨浏览器的简洁高效的地图。 Underscore 也是一个不错的选择。

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