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算法导论-5.1-2

2012年12月10日 ⁄ 综合 ⁄ 共 682字 ⁄ 字号 评论关闭

【转】

描述random(a, b)过程的一种实现,它只调用random(0,1)。作为a和b的函数,你的程序期望运行时间是多少?

这个题目相当于在能随机生成0,1的前提下,要求生成[0, 1, ...,n-1]范围内的一个整数
1 求出最小的 m,使2^m >= n-1
2 通过random(0,1),产生一个m比特的整数,这样能随机产生[0, 2^m-1]内的整数,若产生的整数位于[0, n-1]内,则取这个数作为结果。如果这个数在[0,n-1]外,则丢弃它,再次运行算法重新生成一个。

        a) 证明上述算法可以产生 [0, n-1]范围内的随机数
在范围[0,1, ..., n-1, n, ..., 2^m-1]范围内,总共有p = 2^m个数,其中合法的数是[0, 1, ..., n-1]共n个,非法的数为
[n, ..., 2^m-1]共q = 2^m-n个,则有 n + q = p
算法最后会产生一个合法的随机数,假设得到数i的概率为Pi,0 <= i <= n-1, 则
CodeCogsEqn (16).gif
所以上述方法可以产生随机数

        b) 求算法运行的期望时间
设Pi表示产生随机数时运行了i次算法的概率,那么前i-1次产生的都是非法的数,第i次产生的是合法的数,所以
CodeCogsEqn (17).gif
那么
CodeCogsEqn (18).gif

【另】

分治法:

2.1分解,将a-b区间分成2部分,通过random(0,1)控制,则进入前半部和后半部的概率是一样的;

2.2.递归的处理前后两个部分,若问题足够小,即落到某个具体位置上时,则直接返回;

注意:当元素个数(b-a+1)不是2的幂次时,直接进行分治得不到等概率

元素;此时需要添加(b+1)(b+2)(b+3)···以使得元素个数等于2的幂次,然后再对a~(b+i)进行分治

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