基于正态分布的红包生成算法

简介

如果想生成的红包大小相对均衡,可以同时控制最大最小和总额,那么不妨试试我这个方法。 在此之前我们先简单介绍一下正态分布。

什么是正态分布(normal distribution)

复习一下高中知识,正态分布又叫做常态分布、高斯分布(Gaussian distribution)。

其中有两个有两个参数: mu为学期望,可以看作最高概率的点。 sigma^2为方差(实数),可以看作分布的均匀程度。

正态分布的应用

现实中很多现象都符合正态分布,十分神奇,比如下面这个图。 我们可以利用正态分布对很多分布情况建模。所以我们如果想创建随机分布的红包也可以用使用随机分配红包。

java中的正态分布

JDK中Random类中的nextGaussian()方法,可以产生服从标准正态分布的随机数。即 X~N(0,1);

如果我们想产生自定义的正态分布呢 X~N(μ,b) b=σ^2;

方差 * 正态分布数据 + 正态分布中心位置 产生N(a,b)的数:

java 复制代码
Math.sqrt(b)*random.nextGaussian()+a;

即均值为a,方差为b的随机数

代码实现

整体思想: 其实就是将数据分为两部分,先用最小值min铺平,上面使用正态分布分配数值。那么如何使用正态分布分配呢?首先可以先用上面提到的公式产生n份服从正态分布的0~1之间的随机数,然后对这些随机数做一个概率计算,即求出每份的占比,使用占比与剩余总数相乘的到红包大小。当然,如果有最大值限制,这个过程需要循环进行,最终会把峰值切掉,补充到后面的红包上。

java 复制代码
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
import java.util.stream.IntStream;

/**
 * @Description 红包生成器
 * @Date 2021/1/22
 * @Author yuvenhol
 */
@Slf4j
public class RedPacketGenerator {

    public static final Random random = new Random();

    public static BigDecimal[] genPackets(Param param) {
        ExceptionUtil.check(!check(param), "红包参数不正常");
        BigDecimal leftMoney = param.total;//可分配的金额
        BigDecimal min = param.min;// 最小
        BigDecimal max = param.max;// 最大
        Integer count = param.count.intValue();// 份数
        BigDecimal[] result = new BigDecimal[count];
        //数组所有元素都赋最小值 铺底
        IntStream.range(0, count).forEach(x -> result[x] = min);
        leftMoney = leftMoney.subtract(min.multiply(param.count));
        //定义正态分布的随机数组
        BigDecimal[] normalNumbers = new BigDecimal[count];
        //给数组赋值
        IntStream.range(0, count).forEach(x -> normalNumbers[x] = NormalDistribution(param.variance));
        //统计随机数总合
        BigDecimal countNormalNumbers = Arrays.stream(normalNumbers).reduce((x1, x2) -> x1.add(x2)).get();
        //每份金额, 这里提高精度减小误差
        BigDecimal perAmount = leftMoney.divide(countNormalNumbers, 10, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
        //此时 perAmount * countNormalNumbers = leftMoney,
        int i = -1;
        while (leftMoney.compareTo(BigDecimal.ZERO) > 0) {
            i = ++i % count;
            // 取随机安全值
            BigDecimal addAmount = perAmount.multiply(normalNumbers[i]).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
            //超越上限
            if (addAmount.add(result[i]).compareTo(max) > 0) {
                continue;
            }
            //防止剩余钱数减超
            if (leftMoney.subtract(addAmount).compareTo(BigDecimal.ZERO) <= 0) {
                addAmount = leftMoney;
                leftMoney = BigDecimal.ZERO;
            } else {
                leftMoney = leftMoney.subtract(addAmount);
            }
            result[i] = result[i].add(addAmount);
        }
        return result;
    }

    public static boolean check(Param param) {
        if (param == null) {
            log.error("参数为空");
            return false;
        }
        if (param.max.compareTo(param.min) < 0) {
            log.error("最大最小值不匹配");
            return false;
        }
        if (param.max.multiply(param.count).compareTo(param.total) < 0) {
            log.error("最大值不能超过总值");
            return false;
        }
        return true;
    }

    public static boolean check(RedPacket redPacket) {
        return check(new RedPacketGenerator.Param(redPacket.getRealTotalMoney(), redPacket.getRealCount(), redPacket.getMax(), redPacket.getMin()));
    }


    /**
     * 获取 0-1正态分布的随机值
     *
     * @param v 方差
     * @return 随机值
     */
    public static BigDecimal NormalDistribution(double v) {
        double r;
        int varianceRange = 3; //这里正态分布N中三倍标准差 (99.7%)。
        do {
            r = Math.sqrt(v) * random.nextGaussian();
        }
        while (r < -varianceRange || r > varianceRange);//过滤掉超过规定范围的特殊值
        r = (r / varianceRange + 1) / 2;//整理成 0-1之间的数
        return new BigDecimal(r);
    }

    public static class Param {
        BigDecimal total;// 总金额
        BigDecimal min;// 最小
        BigDecimal max;// 最大
        BigDecimal count;// 份数
        double variance;//方差


        public Param(BigDecimal totalMoney, int count, BigDecimal max, BigDecimal min) {
            this(totalMoney, count, 10, max, min);
        }

        public Param(BigDecimal totalMoney, int count, double variance, BigDecimal max, BigDecimal min) {
            this.total = totalMoney;
            this.min = min;
            this.max = max;
            this.count = BigDecimal.valueOf(count);
            this.variance = variance;
        }
    }
}
相关推荐
高山上有一只小老虎3 分钟前
SpringBoot项目单元测试
spring boot·后端·单元测试
❀͜͡傀儡师41 分钟前
Spring Boot Pf4j模块化能力设计思考
运维·spring boot·后端·pf4j
星空彼岸0073 小时前
SA-Token在SpringBoot中的实战指南
java·spring boot·后端
树獭叔叔3 小时前
大模型行为塑造:SFT 与 LoRA 深度解析
后端·aigc·openai
Ivanqhz3 小时前
半格与数据流分析的五个要素(D、V、F、I、Λ)
开发语言·c++·后端·算法·rust
盛夏绽放6 小时前
流式响应 线上请求出现“待处理”问题
前端·后端·nginx·proxy
茶杯梦轩6 小时前
从零起步学习并发编程 || 第一章:初步认识进程与线程
java·服务器·后端
ArcX6 小时前
手把手从 0 诠释大模型 API 的本质: Tools + MCP + Skills
前端·后端·ai编程
UrbanJazzerati6 小时前
Python 面向对象编程:抽象类、接口与继承系统教程
后端·面试
李老师的Java笔记7 小时前
深度解析 | SpringBoot源码解析系列(五):@ConfigurationProperties | 配置绑定核心原理+实战避坑
java·spring boot·后端