蓄水池抽樣問題 《程式設計珠璣》習題12 10

2022-08-11 07:57:13 字數 1280 閱讀 9906

[問題]在不知道檔案總行數的情況下,如何從檔案中隨機的抽取一行?

[解析]首先想到的是我們做過類似的題目嗎?當然,在知道檔案行數的情況下,我們可以很容易的用c執行庫的rand函式隨機的獲得乙個行數,從而隨機的取出一行,但是,當前的情況是不知道行數,這樣如何求呢?我們需要乙個概念來幫助我們做出猜想,來使得對每一行取出的概率相等,也即隨機。這個概念即

蓄水池抽樣(reservoir sampling)

。有了這個概念,我們便有了這樣乙個解決方案:定義取出的行號為choice,第一次直接以第一行作為取出行 choice ,而後第二次以二分之一概率決定是否用第二行替換 choice ,第三次以三分之一的概率決定是否以第三行替換 choice ……,以此類推,可用偽**描述如下:

i = 0

while more input lines

with probability 1.0/++i

choice = this input line

print choice

這種方法的巧妙之處在於成功的構造出了一種方式使得最後可以證明對每一行的取出概率都為1/n(其中n為當前掃瞄到的檔案行數),換句話說對每一行取出的概率均相等,也即完成了隨機的選取。

證明如下:

回顧這個問題,我們可以對其進行擴充套件,即如何從未知或者很大樣本空間隨機地取k個數?

模擬下即可得到答案,即先把前k個數放入蓄水池,對第k+1,我們以k/(k+1)概率決定是否要把它換入蓄水池,換入時隨機的選取乙個作為替換項,這樣一直做下去,對於任意的樣本空間n,對每個數的選取概率都為k/n。也就是說對每個數選取概率相等。

偽**:

init : a reservoir with the size: k

for i= k+1 to n

m=random(1, i);

if( m < k)

swap the mth value and ith value

end for

證明如下:

蓄水池抽樣問題是一類問題,在這裡總結一下,並

由衷的感嘆這種方法之巧妙,不過對於這種思想產生的源頭還是發覺不夠,如果能夠知道為什麼以及怎麼樣想到這個解決方法的,定會更加有意義。

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