如何使用 NavigableMaps 在 Java 中實現加權隨機選擇？

Java 中的隨機加權選擇

在程式設計領域，加權隨機選擇是指從集合中選擇一個項目，其中機率為選擇直接與相關權重相關。該技術適用於模擬和彩票等需要基於機率進行偏差選擇的場景。

為了解決 Java 中的加權隨機選擇問題，我們引入了 NavigableMap 的概念。這種資料結構允許我們將權重映射到相應的項目並按升序遍歷地圖。在隨機數產生器的幫助下，我們可以有效地選擇機率與其重量成正比的項目。

讓我們考慮一個以不同機率選擇動物的例子：

• 狗：40 %
• 貓：35%
• 馬： 25 %

要使用NavigableMap 實作加權隨機選擇，我們可以建立一個類別：

public class RandomCollection<E> {
    //NavigableMap to store weights and corresponding items
    private final NavigableMap<Double, E> map = new TreeMap<>();
    //Random instance for generating random weights
    private final Random random;
    //Total sum of weights
    private double total = 0;

    public RandomCollection() {
        this(new Random());
    }

    public RandomCollection(Random random) {
        this.random = random;
    }

    //Add an item to the collection with its weight
    public RandomCollection<E> add(double weight, E result) {
        if (weight <= 0) return this;
        total += weight;
        map.put(total, result);
        return this;
    }

    //Select a random item based on weights
    public E next() {
        double value = random.nextDouble() * total;
        return map.higherEntry(value).getValue();
    }
}

為了示範，讓我們使用動物權重建立並填充RandomCollection：

RandomCollection<String> rc = new RandomCollection<>();
rc.add(40, "dog")
  .add(35, "cat")
  .add(25, "horse");

現在，我們可以重複調用next() 方法來根據分配的動物來選擇動物權重：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(rc.next());
}

此代碼將產生一系列動物名稱，並選擇與其體重成比例的每種動物的機率。透過利用 NavigableMaps 和隨機性的強大功能，我們可以在 Java 中有效地實現加權隨機選擇，從而允許基於預定義機率的偏差的結果。

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