2014年2月21日 星期五

陣列洗牌程式(shuffle array)

陣列如何把它的順序打亂，作出類似洗牌的效果，我一直都很頭痛，搞得非常的複雜。至從用了Ruby，Array物件包含shuffle方法之後，我就沒思考過陣列洗牌的問題了，反正Ruby幫我處理得好好的。

Ruby

# 52張牌的牌堆
poker = (1..52).to_a    # => [1, 2, 3, ... , 52] 
# 洗牌打亂
shuffled = poker.shuffle           # => [22, 32, 12, ...
# 也可以直接打亂原來的陣列
poker.shuffle!          # => [39, 47, 3, ...

Javascript

Javascript我就頭痛了，我得自己寫洗牌的方法。我在網路上找到了這個演算法，仔細看了之後，才知道原來洗牌可以這麼簡單：

// 原本for迴圈是一行程式，太難理解，這邊改寫成多行
function shuffle(o){
    for(var j, x, i = o.length; i;){
        j = Math.floor(Math.random() * i);

        // javascript的array是0-base
        // 所以迴圈第一次進入，--i後表示陣列最後一個位置。
        x = o[--i];
        o[i] = o[j]; 
        o[j] = x;
        // 以上三行代表以x為temp, o[i], o[j]做交換
    } 
    return o; //回傳陣列，我一開始也看錯看成回傳0
};

變數說明

  • 引數o: 將被洗牌的陣列
  • for迴圈內
    • i : 將會從陣列的最後一個位置，慢慢往前移到第一個位置(但移到第一個位置時for迴圈不執行，因為Javascript的數值0也代表false，會離開迴圈。0代表flase這點跟Ruby不一樣)
    • j : 將會被亂數選擇，選到要被交換的位置
    • x : 用來暫存o[i]的數值，幫助o[i]與o[j]做數值交換

就這樣從最後一個位置開始，依次往前隨機挑選一個位置與它交換(可能挑到自己，表示不交換)，來達到洗牌的效果，陣列多大，就執行幾次，時間複雜度O(n)，效率也不錯。 注意這邊傳入的陣列是call by reference，會修改原來呼叫方法時傳入的陣列，所以直接：

// 5張牌的牌堆
poker = [1, 2, 3, 4, 5];
shuffle(poker);
// poker 就直接被打亂了

如果不想打亂原來的牌堆，就稍微改寫一下，不要動到原來的陣列：

function shuffle(o){ //v1.0
    var ary = o.slice(0);
    for(var j, x, i = ary.length; i;){
        j = Math.floor(Math.random() * i);
        x = ary[--i], ary[i] = ary[j];
        ary[j] = x;
    }
    return ary;
};

這邊用到了一個小技巧slice(start, end)，這是javascript用來複製陣列的一個區塊，指令開始與結束的位置，小技巧是如果傳入0，就直接複製整個陣列。如果你想說：

啊直接ary = o 不是更快

呵呵，我建議你從C的指標在開始複習一下。

C語言

使用C語言，改些小地方，C語言的rand()產生的是0 ~ RAND_MAX的一個數字，所以直接j = rand() % i;就行了。還有C語言的0也表示false的意思，大概只有Ruby跟大家不同，目前我只見過Ruby的0表示true。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int *shuffle(int *o, int length){
    int i,j,x;
    for(j, x, i=length; i;){
        j = rand() % i;
        x = o[--i];
        o[i] = o[j];
        o[j] = x;
    }
    return o;
}

int main(void) {
    srand(time(NULL));
    int i, poker[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    shuffle(poker, 5);
    for(i=0; i&lt;5; i++)
        printf("%d ", poker[i]);
    return 0;
}

這邊我是用call by address的寫法，如果你不想改變原來的陣列。C語言有一堆記憶體的函式讓你用，你可以宣告一塊記憶體空間(malloc)，然後記憶體複製(memcpy)，之後傳入shuffle去洗牌

不建議在shuffle函式裡面宣告記憶體區塊，因為什麼時候要free掉記憶體很麻煩，交給呼叫他的函式去決定什麼時候free掉比較正確，shuffle函式就專心洗牌就好。

JQuery

在網頁上面，要把一些HTML的元件打亂，可以直接在JQuery裡面加個物件方法給他：

jQuery.fn.shuffleElements = function () {
    var o = $(this);
    // 這邊的for迴圈，使用原本的一行寫法
    for (var j, x, i = o.length; i; j = parseInt(Math.random() * i), x = o[--i], o[i] = o[j], o[j] = x);
    return o;
};

裡面那個for迴圈洗牌的演算法沒變。

至於一些基本的jQuery用法，jQuery.fn，可以直接取得jQuery的prototype，關於javascript的prototype是什麼，請至函式 prototype 特性觀看。這邊使用jQuery.fn就可以直接在jQuery的protoype裡面加入shuffleElements方法，然後就直接傳入一堆HTML元件讓他去洗牌，譬如你的網頁有一堆圖片，簡單一點就這樣：

var img = $("img").shuffleElements();
$("body").append(img);

這麼寫的話，可以簡單地把你網頁裡面的圖片全部洗牌之後，再全部放回<body>最下面。這邊主要是講洗牌，你可以改一改把它變成<ul>的順序之類的，或其他的應用。

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