如何使用流 api 從列表中獲取隨機元素？

Question

使用 Java8 流 api 從列表中獲取隨機元素的最有效方法是什么？

Arrays.asList(new Obj1(), new Obj2(), new Obj3());

謝謝。

Answer 1

為什么使用流？ 您只需要獲取一個從 0 到列表大小的隨機數，然后在該索引上調用get ：

Random r = new Random();
ElementType e = list.get(r.nextInt(list.size()));

Stream 在這里不會給你任何有趣的東西，但你可以嘗試：

Random r = new Random();
ElementType e = list.stream().skip(r.nextInt(list.size())).findFirst().get();

想法是跳過任意數量的元素（但不是最后一個！），然后獲取第一個元素（如果存在）。 結果，您將有一個Optional<ElementType>非空，然后使用get提取其值。 跳過后，您在這里有很多選擇。

在這里使用流是非常低效的......

注意：這些解決方案都沒有考慮空列表，但問題是在非空列表上定義的。

Answer 2

有更有效的方法可以做到這一點，但如果這必須是 Stream，最簡單的方法是創建自己的 Comparator，它返回隨機結果 (-1, 0, 1) 並對流進行排序：

 List<String> strings = Arrays.asList("a", "b", "c", "d", "e", "f");
    String randomString = strings
            .stream()
            .sorted((o1, o2) -> ThreadLocalRandom.current().nextInt(-1, 2))
            .findAny()
            .get();

ThreadLocalRandom 已經准備好“開箱即用”的方法來獲取比較器所需范圍內的隨機數。

Answer 3

雖然所有給定的答案都有效，但有一個簡單的單行代碼可以解決問題，而無需先檢查列表是否為空：

List<String> list = List.of("a", "b", "c");
list.stream().skip((int) (list.size() * Math.random())).findAny();

對於一個空列表，這將返回一個Optional.empty 。

Answer 4

如果你必須使用流，我寫了一個優雅的，雖然效率很低的收集器來完成這項工作：

/**
 * Returns a random item from the stream (or null in case of an empty stream).
 * This operation can't be lazy and is inefficient, and therefore shouldn't
 * be used on streams with a large number or items or in performance critical sections.
 * @return a random item from the stream or null if the stream is empty.
 */
public static <T> Collector<T, List<T>, T> randomItem() {
    final Random RANDOM = new Random();
    return Collector.of(() -> (List<T>) new ArrayList<T>(), 
                              (acc, elem) -> acc.add(elem),
                              (list1, list2) -> ListUtils.union(list1, list2), // Using a 3rd party for list union, could be done "purely"
                              list -> list.isEmpty() ? null : list.get(RANDOM.nextInt(list.size())));
}

用法：

@Test
public void standardRandomTest() {
    assertThat(Stream.of(1, 2, 3, 4).collect(randomItem())).isBetween(1, 4);
}

Answer 5

在最后一次我需要做類似的事情時，我這樣做了：

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
Collections.shuffle(list);
String letter = list.stream().findAny().orElse(null);
System.out.println(letter);

Answer 6

如果您事先不知道列表的大小，則可以執行以下操作：

 yourStream.collect(new RandomListCollector<>(randomSetSize));

我想您將不得不編寫自己的 Collector 實現，就像這樣才能實現均勻隨機化：

 public class RandomListCollector<T> implements Collector<T, RandomListCollector.ListAccumulator<T>, List<T>> {

private final Random rand;
private final int size;

public RandomListCollector(Random random , int size) {
    super();
    this.rand = random;
    this.size = size;
}

public RandomListCollector(int size) {
    this(new Random(System.nanoTime()), size);
}

@Override
public Supplier<ListAccumulator<T>> supplier() {
    return () -> new ListAccumulator<T>();
}

@Override
public BiConsumer<ListAccumulator<T>, T> accumulator() {
    return (l, t) -> {
        if (l.size() < size) {
            l.add(t);
        } else if (rand.nextDouble() <= ((double) size) / (l.gSize() + 1)) {
            l.add(t);
            l.remove(rand.nextInt(size));
        } else {
            // in any case gSize needs to be incremented
            l.gSizeInc();
        }
    };

}

@Override
public BinaryOperator<ListAccumulator<T>> combiner() {
    return (l1, l2) -> {
        int lgSize = l1.gSize() + l2.gSize();
        ListAccumulator<T> l = new ListAccumulator<>();
        if (l1.size() + l2.size()<size) {
            l.addAll(l1);
            l.addAll(l2);
        } else {
            while (l.size() < size) {
                if (l1.size()==0 || l2.size()>0 && rand.nextDouble() < (double) l2.gSize() / (l1.gSize() + l2.gSize())) {
                    l.add(l2.remove(rand.nextInt(l2.size()), true));
                } else {
                    l.add(l1.remove(rand.nextInt(l1.size()), true));
                }
            }
        }
        // set the gSize of l :
        l.gSize(lgSize);
        return l;

    };
}

@Override
public Function<ListAccumulator<T>, List<T>> finisher() {

    return (la) -> la.list;
}

@Override
public Set<Characteristics> characteristics() {
    return Collections.singleton(Characteristics.CONCURRENT);
}

static class ListAccumulator<T> implements Iterable<T> {
    List<T> list;
    volatile int gSize;

    public ListAccumulator() {
        list = new ArrayList<>();
        gSize = 0;
    }

    public void addAll(ListAccumulator<T> l) {
        list.addAll(l.list);
        gSize += l.gSize;

    }

    public T remove(int index) {
        return remove(index, false);
    }

    public T remove(int index, boolean global) {
        T t = list.remove(index);
        if (t != null && global)
            gSize--;
        return t;
    }

    public void add(T t) {
        list.add(t);
        gSize++;

    }

    public int gSize() {
        return gSize;
    }

    public void gSize(int gSize) {
        this.gSize = gSize;

    }

    public void gSizeInc() {
        gSize++;
    }

    public int size() {
        return list.size();
    }

    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return list.iterator();
    }
}

}

如果您想要更簡單的東西並且仍然不想將所有列表加載到內存中：

public <T> Stream<T> getRandomStreamSubset(Stream<T> stream, int subsetSize) {
    int cnt = 0;

    Random r = new Random(System.nanoTime());
    Object[] tArr = new Object[subsetSize];
    Iterator<T> iter = stream.iterator();
    while (iter.hasNext() && cnt <subsetSize) {
        tArr[cnt++] = iter.next();          
    }

    while (iter.hasNext()) {
        cnt++;
        T t = iter.next();
        if (r.nextDouble() <= (double) subsetSize / cnt) {
            tArr[r.nextInt(subsetSize)] = t;                

        }

    }

    return Arrays.stream(tArr).map(o -> (T)o );
}

但是您隨后離開了流 api，並且可以使用基本迭代器執行相同的操作

Answer 7

另一個想法是實現您自己的Spliterator ，然后將其用作Stream的源：

import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Spliterator;
import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Supplier;

public class ImprovedRandomSpliterator<T> implements Spliterator<T> {

    private final Random random;
    private final T[] source;
    private int size;

    ImprovedRandomSpliterator(List<T> source, Supplier<? extends Random> random) {
        if (source.isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("RandomSpliterator can't be initialized with an empty collection");
        }
        this.source = (T[]) source.toArray();
        this.random = random.get();
        this.size = this.source.length;
    }

    @Override
    public boolean tryAdvance(Consumer<? super T> action) {
        if (size > 0) {
            int nextIdx = random.nextInt(size); 
            int lastIdx = size - 1; 

            action.accept(source[nextIdx]); 
            source[nextIdx] = source[lastIdx]; 
            source[lastIdx] = null; // let object be GCed 
            size--;
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    @Override
    public Spliterator<T> trySplit() {
        return null;
    }

    @Override
    public long estimateSize() {
        return source.length;
    }

    @Override
    public int characteristics() {
        return SIZED;
    }
}


public static <T> Collector<T, ?, Stream<T>> toShuffledStream() {
    return Collectors.collectingAndThen(
      toCollection(ArrayList::new),
      list -> !list.isEmpty()
        ? StreamSupport.stream(new ImprovedRandomSpliterator<>(list, Random::new), false)
        : Stream.empty());
}

然后簡單地說：

list.stream()
  .collect(toShuffledStream())
  .findAny();

詳細信息可以在這里找到。

...但這絕對是一種矯枉過正，所以如果你正在尋找一種務實的方法。 絕對去Jean的解決方案。

Answer 8

所選答案在其流解決方案中存在錯誤...在這種情況下，您不能將 Random#nextInt 與非正長“0”一起使用。 流解決方案也永遠不會選擇列表中的最后一個示例：

List<Integer> intList = Arrays.asList(0, 1, 2, 3, 4);

// #nextInt is exclusive, so here it means a returned value of 0-3
// if you have a list of size = 1, #next Int will throw an IllegalArgumentException (bound must be positive)
int skipIndex = new Random().nextInt(intList.size()-1);

// randomInt will only ever be 0, 1, 2, or 3. Never 4
int randomInt = intList.stream()
                       .skip(skipIndex) // max skip of list#size - 2
                       .findFirst()
                       .get();

我的建議是使用 Jean-Baptiste Yunès 提出的非流方法，但如果你必須使用流方法，你可以這樣做（但它有點難看）：

list.stream()
    .skip(list.isEmpty ? 0 : new Random().nextInt(list.size()))
    .findFirst();

Answer 9

您可以將以下部分添加到您的Stream用於findAny

.sorted((f1, f2) -> (new Random().nextInt(1)) == 0 ? -1 : 1)