Go语言编写的几种洗牌算法（Shuffle Algorithm）

一、支持的洗牌算法

洗牌算法的定义：为有限集合生成随机排序的算法。

目前支持的洗牌算法：

• Fisher–Yates-Knuth
• Scatology

二、安装

go get -u github.com/golang-infrastructure/go-shuffle

三、API代码示例

3.1 对切片shuffle

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/golang-infrastructure/go-shuffle"
)

func main() {

    // 对切片中的元素shuffle
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    shuffle.Shuffle(slice)
    fmt.Println(slice)
    // Output:
    // [5 1 2 3 4]

}

3.2 对矩阵shuffle

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/golang-infrastructure/go-shuffle"
)

func main() {

    // 对二维矩阵中的元素shuffle
    matrix := [][]int{
        {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10},
        {11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20},
        {21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30},
        {31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40},
    }
    // 注意可能会返回错误，比如二维数组每行长度不一致则无法shuffle
    err := shuffle.ShuffleMatrix(matrix)
    if err != nil {
        fmt.Println("Shuffle matrix failed: " + err.Error())
        return
    }
    fmt.Println(matrix)
    // Output:
    // [[11 40 6 23 15 28 4 7 37 21] [29 26 33 5 35 13 22 32 19 34] [31 30 36 20 2 10 24 39 9 27] [16 8 18 14 1 17 38 12 25 3]]

}

四、Fisher–Yates-Knuth洗牌算法

假设现在有一个数组：

[1, 2, 3, 4, 5]

从最右边的坐标len(slice)-1开始作为right_index，每次从[0, right_index]随机选择一个下标，将选中的下标的值与right_index交换，并将right_index减一往左偏移。

代码示例：

// 使用自己独立的随机数生成器，与其它的调用区分开
var standaloneRand = rand.New(rand.NewSource(time.Now().Unix()))

// FisherYatesKnuthShuffle Fisher–Yates-Knuth Shuffle或 算法对一维数组洗牌，O(n)
func FisherYatesKnuthShuffle[T any](slice []T) {
    for index := len(slice) - 1; index > 0; index-- {
        chooseIndex := standaloneRand.Intn(index + 1)
        slice[chooseIndex], slice[index] = slice[index], slice[chooseIndex]
    }
}

我们对上面的算法扩展一下，很容易就能得到矩阵的shuffle算法，将矩阵的每一行看做是拼接起来的一维数组，则将对矩阵进行shuffle的算法转换为了对切片shufle的算法，而对切片进行shuffle我们已经实现过了，API代码示例：

// FisherYatesShuffleMatrix Fisher–Yates-Knuth shuffle算法对矩阵洗牌
func FisherYatesShuffleMatrix[T any](matrix [][]T) error {

    // 参数检查
    if err := check(matrix); err != nil {
        return err
    }

    row, col := len(matrix), len(matrix[0])
    for index := row*col - 1; index > 0; index-- {
        chooseIndex := standaloneRand.Intn(index + 1)
        matrix[index/col][index%col], matrix[chooseIndex/col][chooseIndex%col] = matrix[chooseIndex/col][chooseIndex%col], matrix[index/col][index%col]
    }

    return nil
}

// 需要保证传入的二维数据是一个矩阵，否则后面可能会越界panic
func check[T any](matrix [][]T) error {
    for i := 1; i < len(matrix); i++ {
        if len(matrix[i]) != len(matrix[i-1]) {
            return ErrMatrixUnavailable
        }
    }
    return nil
}

五、Scatology算法

就是在Fisher–Yates-Knuth的基础上随机选择的时候不再选择最右边的[0,right_index)，不再展开详解。