セットからランダムな要素を選ぶ

セットからランダムな要素を選択するにはどうすればよいですか？JavaでHashSetまたはLinkedHashSetからランダムな要素を選択することに特に興味があります。他の言語のソリューションも歓迎します。

int size = myHashSet.size();
int item = new Random().nextInt(size); // In real life, the Random object should be rather more shared than this
int i = 0;
for(Object obj : myhashSet)
{
    if (i == item)
        return obj;
    i++;
}

やや関連するご存知ですか：

そこに有用な方法ですjava.util.Collectionsコレクション全体をシャッフルするためには：Collections.shuffle(List<?>)とCollections.shuffle(List<?> list, Random rnd)。

ArrayListand を使用したJavaの高速ソリューションHashMap：[要素->インデックス]。

動機：RandomAccess特にセットからランダムなアイテムを選択するために、プロパティ付きのアイテムのセットが必要でした（pollRandomメソッドを参照）。バイナリツリーのランダムナビゲーションは正確ではありません。ツリーは完全にバランスが取れていないため、均一な分布にはなりません。

public class RandomSet<E> extends AbstractSet<E> {

    List<E> dta = new ArrayList<E>();
    Map<E, Integer> idx = new HashMap<E, Integer>();

    public RandomSet() {
    }

    public RandomSet(Collection<E> items) {
        for (E item : items) {
            idx.put(item, dta.size());
            dta.add(item);
        }
    }

    @Override
    public boolean add(E item) {
        if (idx.containsKey(item)) {
            return false;
        }
        idx.put(item, dta.size());
        dta.add(item);
        return true;
    }

    /**
     * Override element at position <code>id</code> with last element.
     * @param id
     */
    public E removeAt(int id) {
        if (id >= dta.size()) {
            return null;
        }
        E res = dta.get(id);
        idx.remove(res);
        E last = dta.remove(dta.size() - 1);
        // skip filling the hole if last is removed
        if (id < dta.size()) {
            idx.put(last, id);
            dta.set(id, last);
        }
        return res;
    }

    @Override
    public boolean remove(Object item) {
        @SuppressWarnings(value = "element-type-mismatch")
        Integer id = idx.get(item);
        if (id == null) {
            return false;
        }
        removeAt(id);
        return true;
    }

    public E get(int i) {
        return dta.get(i);
    }

    public E pollRandom(Random rnd) {
        if (dta.isEmpty()) {
            return null;
        }
        int id = rnd.nextInt(dta.size());
        return removeAt(id);
    }

    @Override
    public int size() {
        return dta.size();
    }

    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return dta.iterator();
    }
}

これは、受け入れられた回答のfor-eachループよりも高速です。

int index = rand.nextInt(set.size());
Iterator<Object> iter = set.iterator();
for (int i = 0; i < index; i++) {
    iter.next();
}
return iter.next();

for-each構文はIterator.hasNext()すべてのループを呼び出しますが、それ以降index < set.size()、そのチェックは不要なオーバーヘッドです。速度が10〜20％向上しましたが、YMMVでした。（また、これは余分なreturnステートメントを追加する必要なくコンパイルされます。）

このコード（および他のほとんどの回答）は、セットだけでなく、任意のコレクションに適用できることに注意してください。ジェネリックメソッド形式：

public static <E> E choice(Collection<? extends E> coll, Random rand) {
    if (coll.size() == 0) {
        return null; // or throw IAE, if you prefer
    }

    int index = rand.nextInt(coll.size());
    if (coll instanceof List) { // optimization
        return ((List<? extends E>) coll).get(index);
    } else {
        Iterator<? extends E> iter = coll.iterator();
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            iter.next();
        }
        return iter.next();
    }
}

Javaで行う場合は、要素をある種のランダムアクセスコレクション（ArrayListなど）にコピーすることを検討してください。セットが小さい場合を除き、選択した要素へのアクセスにはコストがかかるためです（O（1）ではなくO（n））。[ed：リストのコピーもO（n）]

または、要件にさらに一致する別のSet実装を探すこともできます。CommonsコレクションのListOrderedSetは有望に見えます。

Java 8の場合：

static <E> E getRandomSetElement(Set<E> set) {
    return set.stream().skip(new Random().nextInt(set.size())).findFirst().orElse(null);
}

Javaの場合：

Set<Integer> set = new LinkedHashSet<Integer>(3);
set.add(1);
set.add(2);
set.add(3);

Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
int[] setArray = (int[]) set.toArray();
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    System.out.println(setArray[rand.nextInt(set.size())]);
}

List asList = new ArrayList(mySet);
Collections.shuffle(asList);
return asList.get(0);

これが受け入れ答え（Khoth）と同じですが、不要とsizeし、i変数を削除します。

    int random = new Random().nextInt(myhashSet.size());
    for(Object obj : myhashSet) {
        if (random-- == 0) {
            return obj;
        }
    }

前述の2つの変数を取り除きますが、上記のソリューションは依然としてランダムなままです（ランダムに選択されたインデックスから開始する）が0、反復ごとに減少するためです。

Clojureソリューション：

(defn pick-random [set] (let [sq (seq set)] (nth sq (rand-int (count sq)))))

Perl 5

@hash_keys = (keys %hash);
$rand = int(rand(@hash_keys));
print $hash{$hash_keys[$rand]};

これを行う1つの方法を次に示します。

C ++。セット全体を繰り返し処理したり、並べ替えたりする必要がないため、これはかなり高速です。これは、tr1をサポートしていることを前提として、ほとんどの最新のコンパイラーでそのまま使用できます。そうでない場合は、Boostを使用する必要があります。

ブーストドキュメントは、あなたがブーストを使用しない場合でも、これを説明するためにここに役立ちます。

秘訣は、データがバケットに分割されているという事実を利用し、ランダムに選択されたバケットを（適切な確率で）すばやく識別することです。

//#include <boost/unordered_set.hpp>  
//using namespace boost;
#include <tr1/unordered_set>
using namespace std::tr1;
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
using namespace std;

int main() {
  unordered_set<int> u;
  u.max_load_factor(40);
  for (int i=0; i<40; i++) {
    u.insert(i);
    cout << ' ' << i;
  }
  cout << endl;
  cout << "Number of buckets: " << u.bucket_count() << endl;

  for(size_t b=0; b<u.bucket_count(); b++)
    cout << "Bucket " << b << " has " << u.bucket_size(b) << " elements. " << endl;

  for(size_t i=0; i<20; i++) {
    size_t x = rand() % u.size();
    cout << "we'll quickly get the " << x << "th item in the unordered set. ";
    size_t b;
    for(b=0; b<u.bucket_count(); b++) {
      if(x < u.bucket_size(b)) {
        break;
      } else
        x -= u.bucket_size(b);
    }
    cout << "it'll be in the " << b << "th bucket at offset " << x << ". ";
    unordered_set<int>::const_local_iterator l = u.begin(b);
    while(x>0) {
      l++;
      assert(l!=u.end(b));
      x--;
    }
    cout << "random item is " << *l << ". ";
    cout << endl;
  }
}

上記のソリューションはレイテンシの観点から説明していますが、各インデックスが選択される確率が等しいことを保証するものではありません。
それを考慮する必要がある場合は、貯水池サンプリングを試してください。http://en.wikipedia.org/wiki/Reservoir_sampling。
Collections.shuffle（）（少数の人が示唆）は、そのようなアルゴリズムの1つを使用します。

「他の言語のソリューションも歓迎します」と言ったので、Pythonのバージョンは次のとおりです。

>>> import random
>>> random.choice([1,2,3,4,5,6])
3
>>> random.choice([1,2,3,4,5,6])
4

セット/配列のサイズ/長さを取得し、0からサイズ/長さまでの乱数を生成して、その番号に一致するインデックスを持つ要素を呼び出すことはできませんか？HashSetには.size（）メソッドがあります。

擬似コードで-

function randFromSet(target){
 var targetLength:uint = target.length()
 var randomIndex:uint = random(0,targetLength);
 return target[randomIndex];
}

PHP、「set」が配列であると仮定：

$foo = array("alpha", "bravo", "charlie");
$index = array_rand($foo);
$val = $foo[$index];

Mersenne Twister関数はより優れていますが、PHPにはarray_randに相当するMTはありません。

アイコンにはセット型とランダム要素演算子、単項「？」があるため、式

? set( [1, 2, 3, 4, 5] )

1から5の間の乱数を生成します。

プログラムの実行時にランダムシードは0に初期化されるため、実行ごとに異なる結果が生成されます。 randomize()

C＃で

        Random random = new Random((int)DateTime.Now.Ticks);

        OrderedDictionary od = new OrderedDictionary();

        od.Add("abc", 1);
        od.Add("def", 2);
        od.Add("ghi", 3);
        od.Add("jkl", 4);


        int randomIndex = random.Next(od.Count);

        Console.WriteLine(od[randomIndex]);

        // Can access via index or key value:
        Console.WriteLine(od[1]);
        Console.WriteLine(od["def"]);

JavaScriptソリューション;）

function choose (set) {
    return set[Math.floor(Math.random() * set.length)];
}

var set  = [1, 2, 3, 4], rand = choose (set);

または代わりに：

Array.prototype.choose = function () {
    return this[Math.floor(Math.random() * this.length)];
};

[1, 2, 3, 4].choose();

Lispで

(defun pick-random (set)
       (nth (random (length set)) set))

Mathematicaでは：

a = {1, 2, 3, 4, 5}

a[[ ⌈ Length[a] Random[] ⌉ ]]

または、最近のバージョンでは、単に：

RandomChoice[a]

これは、おそらく説明が足りないために反対票を受け取ったので、ここに1つあります。

Random[]0と1の間の疑似乱数浮動小数点数を生成します。これにリストの長さが乗算され、次に上限関数を使用して次の整数に切り上げられます。次に、このインデックスはから抽出されaます。

ハッシュテーブル機能はMathematicaのルールで頻繁に行われ、ルールはリストに保存されるため、次のように使用できます。

a = {"Badger" -> 5, "Bird" -> 1, "Fox" -> 3, "Frog" -> 2, "Wolf" -> 4};

どうですか

public static <A> A getRandomElement(Collection<A> c, Random r) {
  return new ArrayList<A>(c).get(r.nextInt(c.size()));
}

楽しみのために、私は拒絶サンプリングに基づいてRandomHashSetを書きました。HashMapではテーブルに直接アクセスできないため、少しハックですが、問題なく動作するはずです。

余分なメモリを使用せず、ルックアップ時間はO（1）で償却されます。（Java HashTableが密集しているため）。

class RandomHashSet<V> extends AbstractSet<V> {
    private Map<Object,V> map = new HashMap<>();
    public boolean add(V v) {
        return map.put(new WrapKey<V>(v),v) == null;
    }
    @Override
    public Iterator<V> iterator() {
        return new Iterator<V>() {
            RandKey key = new RandKey();
            @Override public boolean hasNext() {
                return true;
            }
            @Override public V next() {
                while (true) {
                    key.next();
                    V v = map.get(key);
                    if (v != null)
                        return v;
                }
            }
            @Override public void remove() {
                throw new NotImplementedException();
            }
        };
    }
    @Override
    public int size() {
        return map.size();
    }
    static class WrapKey<V> {
        private V v;
        WrapKey(V v) {
            this.v = v;
        }
        @Override public int hashCode() {
            return v.hashCode();
        }
        @Override public boolean equals(Object o) {
            if (o instanceof RandKey)
                return true;
            return v.equals(o);
        }
    }
    static class RandKey {
        private Random rand = new Random();
        int key = rand.nextInt();
        public void next() {
            key = rand.nextInt();
        }
        @Override public int hashCode() {
            return key;
        }
        @Override public boolean equals(Object o) {
            return true;
        }
    }
}

Java 8で最も簡単な方法は次のとおりです。

outbound.stream().skip(n % outbound.size()).findFirst().get()

どこnランダムな整数です。もちろん、これはfor(elem: Col)

グアバ我々は少し良くKhothの答えより行うことができます。

public static E random(Set<E> set) {
  int index = random.nextInt(set.size();
  if (set instanceof ImmutableSet) {
    // ImmutableSet.asList() is O(1), as is .get() on the returned list
    return set.asList().get(index);
  }
  return Iterables.get(set, index);
}

PHP、MTを使用：

$items_array = array("alpha", "bravo", "charlie");
$last_pos = count($items_array) - 1;
$random_pos = mt_rand(0, $last_pos);
$random_item = $items_array[$random_pos];

また、配列を使用して配列に配列を転送することもできます。これはおそらく小規模で機能します。最も投票された答えのforループはとにかくO（n）です。

Object[] arr = set.toArray();

int v = (int) arr[rnd.nextInt(arr.length)];

Setランダム性を保証せずに、本当に「任意の」オブジェクトを選択したい場合は、イテレータから返された最初のオブジェクトを取得するのが最も簡単です。

    Set<Integer> s = ...
    Iterator<Integer> it = s.iterator();
    if(it.hasNext()){
        Integer i = it.next();
        // i is a "random" object from set
    }

Khothの回答を出発点として使用する一般的なソリューション。

/**
 * @param set a Set in which to look for a random element
 * @param <T> generic type of the Set elements
 * @return a random element in the Set or null if the set is empty
 */
public <T> T randomElement(Set<T> set) {
    int size = set.size();
    int item = random.nextInt(size);
    int i = 0;
    for (T obj : set) {
        if (i == item) {
            return obj;
        }
        i++;
    }
    return null;
}

残念ながら、これは標準ライブラリセットのコンテナでは効率的に（O（n）よりも優れて）行うことはできません。

ランダムなピック関数をハッシュセットとバイナリセットに追加するのは非常に簡単なので、これは奇妙です。スパースでないハッシュセットでは、ヒットするまでランダムなエントリを試すことができます。バイナリツリーの場合、最大O（log2）ステップで、左または右のサブツリーからランダムに選択できます。以下の後者のデモを実装しました：

import random

class Node:
    def __init__(self, object):
        self.object = object
        self.value = hash(object)
        self.size = 1
        self.a = self.b = None

class RandomSet:
    def __init__(self):
        self.top = None

    def add(self, object):
        """ Add any hashable object to the set.
            Notice: In this simple implementation you shouldn't add two
                    identical items. """
        new = Node(object)
        if not self.top: self.top = new
        else: self._recursiveAdd(self.top, new)
    def _recursiveAdd(self, top, new):
        top.size += 1
        if new.value < top.value:
            if not top.a: top.a = new
            else: self._recursiveAdd(top.a, new)
        else:
            if not top.b: top.b = new
            else: self._recursiveAdd(top.b, new)

    def pickRandom(self):
        """ Pick a random item in O(log2) time.
            Does a maximum of O(log2) calls to random as well. """
        return self._recursivePickRandom(self.top)
    def _recursivePickRandom(self, top):
        r = random.randrange(top.size)
        if r == 0: return top.object
        elif top.a and r <= top.a.size: return self._recursivePickRandom(top.a)
        return self._recursivePickRandom(top.b)

if __name__ == '__main__':
    s = RandomSet()
    for i in [5,3,7,1,4,6,9,2,8,0]:
        s.add(i)

    dists = [0]*10
    for i in xrange(10000):
        dists[s.pickRandom()] += 1
    print dists

[995、975、971、995、1057、1004、966、1052、984、1001]を出力として取得したので、分布の継ぎ目は良好です。

私自身も同じ問題に悩んでおり、このより効率的なピックによるパフォーマンスの向上は、Pythonベースのコレクションを使用するオーバーヘッドに見合うだけの価値があるかどうか、まだ判断していません。もちろん、それを改良してCに翻訳することもできますが、それは今日の私にとっては大変な作業です:)