从0到9中获取四个唯一的随机数字的最佳方法是什么？

Question

我想生成四个随机数字，范围在0到9之间。使用Java的Random类可以轻松生成四个随机数字。

    Random random = new Random();

    int numbers[] = new int[4];

    for(int i=0;i<4;i++){

        numbers[i] = random.nextInt(10);

    }

通过这种方法，我可以轻松地得到一个由四个数字组成的数组，例如9369，4702等。在这种情况下，四个数字中可能会有重复的数字，而我不希望出现这样的重复数字。

在这里，我希望上述数组中的所有四位数字都是唯一的，以便我可以得到像9543，1234等输出。

为此，我考虑了以下方法。

1. 生成一个随机数并将其分配为第一个数字。
2. 生成一个随机数，并检查是否与第一个数字不同，如果不同，则分配为第二个数字；否则重新生成随机数并重复此过程。

是否有比以上方法更好的方法，可以让我轻松快速地获得四个唯一的随机数字？

欢迎提出任何建议。

- Sagar Gautam

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随机数的顺序重要吗？它们总是可以升序排列，还是也需要随机呢？ - chux - Reinstate Monica

事实上，那里给出的答案适用于这里 - 如果您想要域的大部分（这里是40％），则洗牌很好，但如果只是一小部分，则不是。原因是在后一种情况下，您会洗很多您根本不想要的数字（甚至多达20倍）。 - MSalters

https://stackoverflow.com/questions/8116872/generate-random-numbers-in-array/8116947#8116947 - paxdiablo

Answer 1

您可以使用Collections.shuffle：

// generate a List that contains the numbers 0 to 9
List<Integer> digits = IntStream.range(0,10).boxed().collect(Collectors.toList());
// shuffle the List
Collections.shuffle (digits);
// take the first 4 elements of the List
int numbers[] = new int[4];
for(int i=0;i<4;i++){
    numbers[i] = digits.get(i);
}

- Eran

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@SagarGautam 我认为你应该接受这个答案，它显然比你所接受的那个答案更好。 - lexicore

不一定，因为这个答案的运行时间为“n”，其中“n”是可供选择的元素数量，而被接受的答案的期望运行时间远远低于“n”。 - SpaceTrucker

@SagarGautam，你不理解什么？如果你不熟悉Java 8 Streams，第一行可能会让人困惑，但你可以用普通的for循环替换它：List<Integer> digits = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) digits.add(i); - Eran

@SagarGautam 这段代码创建了一个数字0..9的列表，然后随机打乱它并取出前4个元素，从而给您4个随机数字。 - lexicore

@lexicore并没有说这是“显然更好的答案”，这只是一个更完整的答案。在很多方面，Amer的算法比Eran的更优秀（尽管Eran的更容易被重复使用）。 - corsiKa

Answer 2

你可以使用Set实现这个功能，核心思想是生成随机数，将其放入集合中，并且重复此过程直到集合中有4个元素。完成后，你会在集合中获得4个独特的随机数。

Set<Integer> randomSet = new HashSet<>();

while(randomSet.size() <4) 
   randomSet.add //add your generated random number

- Amer Qarabsa

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这是一个不错的问题，但是Set会按照添加的顺序排序数字，例如1234、4567、6789。如何避免这种情况？ - Sagar Gautam

@SagarGautam 如果你想保持顺序，你必须使用TreeSet而不是HashSet。 - Amer Qarabsa

集合本身并没有顺序。 - lexicore

@AmerQarabsa 我以前不太了解Set，并且我一直假定所有的集合都具有这个属性。非常感谢。 - Sagar Gautam

如果你使用LinkedHashSet替代HashSet，实际上你也会得到随机顺序。 - escitalopram

Answer 3

如果您可以创建一个快速的函数f，将自然数映射到满足您要求的数字集合中，那么您只需要生成一个随机数。此时，您的运行时间受f的限制。只要您能创建一个相当快的f，这是最有效的方法。

最简单的解决方案是将所有满足条件的数字放入一个数组中，并将随机数作为索引创建到该数组中。-> O(1)

- escitalopram

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这将是时间最优的，而不是空间最优的。我们甚至不知道“最优”应该意味着什么。 - lexicore

@lexicore的“轻松快捷”意味着时间最优。 - David K

在这些可能的随机序列中只有5040个，将它们存储为byte[]，并在函数f中使用索引应该可以起到作用，而且不会浪费太多空间。例如，在Oracle HotSpot JVM上，包括头和引用开销，大约需要20176字节。 - Jörg W Mittag

@JörgWMittag：这个表的理论最小值为8359字节。如果您可以将每个“数字集”存储为short，则只需要10080字节。 - Mooing Duck

Answer 4

正如您所见，有许多方法可以达到您的目标。这是我的建议：

Random random = new Random();

// prepare all valid digits
List<Integer> from = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9));

// take set in an random order
int numbers[] = new int[4];
for(int i = 0; i < numbers.length; i++){
    numbers[i] = from.remove (random.nextInt (from.size()));
}

for (int num : numbers) {
   System.out.println(num); // when you prefer this
}

- stefan bachert

Answer 5

编辑

由于Collections.shuffle也使用Fisher-Yates算法。但是这个变体是随机选择序列的起始点。 就像洗牌一副牌并从中间选择4张牌与洗牌一副牌并从顶部选择4张牌一样。

这里提到了Fisher-Yeats洗牌算法的一个变体，链接在这里https://softwareengineering.stackexchange.com/questions/199644/efficient-way-to-shuffle-objects

    public int[] shuffle() {
        int a[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
        Random r = new Random();
        for (int i = a.length; i > 1; i--) {
            swap(a, i - 1, r.nextInt(i));
        }

        int[] result = new int[4];
        // Variant :: Randomly choosing the starting point of the 
        // sequence, since we need only four number.
        System.arraycopy(a, r.nextInt(a.length - 4), result, 0, 4);
        return result;
    }

    private void swap(int[] a, int i, int i1) {
        int temp = a[i];
        a[i] = a[i1];
        a[i1] = temp;
    }

Reference:https://en.wikipedia.org/wiki/Fisher%E2%80%93Yates_shuffle

- mirmdasif

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基本上与@Eran的答案相同。这正是Collections.shuffle的实现方式。 - lexicore

这是一个变量，我也是随机选择起始点。就像洗牌一样，然后从中间选择4张牌与从顶部选择4张牌相比。 - mirmdasif

这句话的意思是：“这就像洗一副牌，然后从中间选出4张牌与从顶部选出4张牌的区别。”那为什么这个区别很重要呢？ - lexicore

我会分享一个图表 :) - mirmdasif

请问，是哪个图表？ - lexicore