如何从 O(1） C++哈希表中随机检索元素

How to random retrieve an element from C++ hash table in O(1)

本文关键字：哈希表 随机 检索 元素 C++      更新时间：2023-10-16

有没有办法从 O（1） 平均时间C++unordered_set中随机检索元素？而不是做

std::unordered_set<int> s;
// initialize s
auto start = s.begin();
for (int i = 0; i < rand()%s.size()-1; ++i, ++start) {}
int randomNumber = *start;

更新：

我需要为这个职位而战，所以我添加了我需要上述功能的原因。

我正在玩实现迷宫生成器。不知何故，我需要一个支持以下数据结构：

  1. 在O（1）中插入/删除
  2. 从 O（1） 中的数据结构中随机检索元素

std：：vector 具有随机访问功能，但插入/删除成本高昂

std：：list 没有随机访问

std：：set 支持 O（logN） 随机访问和 O（logN） 插入/删除，这很棒，但我的初始化是一个排序序列，很容易打破它的平衡。

所以我认为哈希表将是最好的选择，但是随机检索元素是不平凡的。

谢谢你的时间。

你不能在 O（1） 时间内从unordered_set中随机选择一个元素。迭代器是 ForwardIterator s，而不是 RandomAccessIterator s。您必须使用其他容器。要么boost::container::flat_set<int>，要么编写自己的，内部也有类似vector的东西：

template <typename T>
class set_with_random_access
{
    std::vector<T*> vec;
    std::unordered_set<T> set;
};

为此，我们提供了使这些功能保持一致的功能，例如插入：

void insert(const T& value) {
    auto pr = set.insert(value);
    if (pr.second) {
        vec.push_back(&*pr.first);
    }
}

和随机性：

template <typename GEN>
T& random(GEN& gen) {
    std::uniform_int_distribution<size_t> dist(0, vec.size() - 1);
    return *vec[dist(gen)];
}

坦率地说，这是很多工作，所以可能会使用助推器。

一种从 O（1） 平均时间的C++ unordered_set中随机检索元素的方法？

取决于什么算作你的目的的"随机"，以及高于 O（1） 的一点点是否足够好。 您可以在 0 和 s.bucket_count() - 1 之间选择一个随机的桶"b"，如果桶为空，则重复，然后在 0 和 s.bucket_size(b) - 1 之间li列表索引，然后std::advance(s.begin(li))将迭代器获取到"随机"元素，但是，请考虑这种情况：

你掷三个骰

子 - 然后随机选择其中一个：你得到一个随机的 1-6 值，概率均匀，但如果你继续掷而不再次掷，你只能得到三个骰子上最终的任何值：从 1 到 6 的每个值的概率严重不均匀。

上面在unordered_set中随机选择元素的方法有点像：如果有x个带有元素的存储桶，那么每个存储桶都有被选择的机会，但该存储桶中的元素1 / x / bucket_size()选择的机会，对于任何给定的存储桶 - 可能小于或大于 1 / size() 。 换句话说，如果您认为散列实际上是随机的，那么各种元素在其放置中都有同样的机会受到青睐或惩罚，但是这种"偏斜"会让它变得一成不变，直到表数据显着变异或表被重新散列（如果它通过加倍表大小而不是更大的质数（unordered_set加倍的模糊内存）来重新散列）， 那么一旦受到惩罚的值往往会在一半时间内保持惩罚）。

上述 big-O 效率比 O（1） 略高，因为：

  • 在初始探测中有一些重复来找到一个带有元素的桶，但是负载因子为 1.0 时，它不太可能需要超过几次尝试（给定一个好的哈希函数）;其他选项是可用的 - 例如从空桶迭代，或按各种位移跳转（修改为表大小） - 这可能比尝试另一个完全随机的桶表现得更好一些，但也可能会加剧几率的差异元素选择

  • 在任何给定存储桶中碰撞的元素中都有线性迭代，但由于默认负载系数为 1.0，因此很少发生超过几次碰撞的情况，并且越来越罕见地发生更多碰撞的情况。

从std::unordered_set中随机选择一个元素是一个坏主意。这是因为std::unordered_set不支持随机访问，因此没有下标运算符（即operator[]）。

我坚信，您需要的是结合std::unique的std::vector，以满足元素的独特性。

在下面的示例中，我使用了一个std::vector，然后通过对其应用std::unique算法来确保它只有唯一的元素。然后我使用 random 实用程序来生成 [0， 向量的大小 - 1] 中的随机索引：

std::vector<int> v{1, 2, 8, 3, 5, 4, 5, 6, 7, 7, 9, 9, 19, 19};
v.erase(std::unique(v.begin(), v.end()), v.end());
std::default_random_engine generator;
std::uniform_int_distribution<int> distribution(0, v.size() - 1);
std::cout << "Random number from vector: " << v[distribution(generator)] << std::endl;

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