在 c# 中按重量选择随机元素的最简洁方法是什么？

Question

假设：

List<element>是哪个元素：

public class Element(){
   int Weight {get;set;}
}

我想要实现的是，通过权重随机选择一个元素。 例如：

Element_1.Weight = 100;
Element_2.Weight = 50;
Element_3.Weight = 200;

所以

• Element_1 被选中的几率是 100/(100+50+200)=28.57%
• Element_2 被选中的几率是 50/(100+50+200)=14.29%
• Element_3 被选中的几率是 200/(100+50+200)=57.14%

我知道我可以创建一个循环、计算总数等...

我想了解的是，Linq 在 ONE 行中执行此操作的最佳方法是什么（或尽可能短），谢谢。

更新

我在下面找到了我的答案。我学到的第一件事是：Linq 不是魔法，它比精心设计的循环要慢。

所以我的问题变成了按重量找到一个随机元素，（没有尽可能短的东西:)

Answer 1

// assuming rnd is an already instantiated instance of the Random class
var max = list.Sum(y => y.Weight);
var rand = rnd.Next(max);
var res = list
    .FirstOrDefault(x => rand >= (max -= x.Weight));

Answer 2

这可行：

int weightsSum = list.Sum(element => element.Weight);
int start = 1;
var partitions = list.Select(element => 
                 { 
                   var oldStart = start;
                   start += element.Weight;
                   return new { Element = element, End = oldStart + element.Weight - 1};
                 });

var randomWeight = random.Next(weightsSum);
var randomElement = partitions.First(partition => (partition.End > randomWeight)).
                               Select(partition => partition.Element);

基本上，为每个元素创建一个带有最终权重的分区。 在您的示例中，Element1 将关联到 (1-->100)，Element2 将关联到 (101-->151)，依此类推...

然后计算一个随机的权重总和，并寻找与之关联的范围。

您也可以计算方法组中的总和，但这会带来另一个副作用...

请注意，我并不是说这是优雅或快速的。但它确实使用了 linq（不是一行...）

Answer 3

如果您想要一个通用版本（对于与（单例）随机化帮助器一起使用时很有用，请考虑您是否需要一个常量种子）

用法：

randomizer.GetRandomItem(items, x => x.Weight)

代码：

public T GetRandomItem<T>(IEnumerable<T> itemsEnumerable, Func<T, int> weightKey)
{
    var items = itemsEnumerable.ToList();

    var totalWeight = items.Sum(x => weightKey(x));
    var randomWeightedIndex = _random.Next(totalWeight);
    var itemWeightedIndex = 0;
    foreach(var item in items)
    {
        itemWeightedIndex += weightKey(item);
        if(randomWeightedIndex < itemWeightedIndex)
            return item;
    }
    throw new ArgumentException("Collection count and weights must be greater than 0");
}

Answer 4

这是一个带有预计算的快速解决方案。预计算采用O(n)，搜索采用O(log(n))。

预计算：

int[] lookup=new int[elements.Length];
lookup[0]=elements[0].Weight-1;
for(int i=1;i<lookup.Length;i++)
{
  lookup[i]=lookup[i-1]+elements[i].Weight;
}

生成：

int total=lookup[lookup.Length-1];
int chosen=random.GetNext(total);
int index=Array.BinarySearch(lookup,chosen);
if(index<0)
  index=~index;
return elements[index];

---

但如果列表在每次搜索之间发生变化，您可以改为使用简单的O(n) 线性搜索：

int total=elements.Sum(e=>e.Weight);
int chosen=random.GetNext(total);
int runningSum=0;
foreach(var element in elements)
{
  runningSum+=element.Weight;
  if(chosen<runningSum)
    return element;
}