[小设计] 抽奖算法

一、概述

应用场景：抽奖活动

开奖，可以是手动开奖和定时开奖。

抽奖这种活动需要尽可能的公平。

算法分为三个部分：

1. Input 输出

   输入参数：活动参与者列表、奖品数

2. Process 处理

   选择出中奖人

3. Output 输出

   中奖名单

二、抽奖算法

想到的算法有：

1. 所有数 random
2. 抽样算法
3. shuffle 算法
4. 分区算法

（1）所有数 random

此为暴力方法，也是比较容易想到的：随机抽取若干人作为中奖人。

但此问题会产生冲突。

简单步骤如下：

1. 加载参与活动的人于内存中
2. random 一人作为中奖人，加入中奖名单 result
3. 若中奖人有重复，则继续步骤二

代码如下：

    /**
     * 获取中奖名单
     *
     * @param num 奖品数量
     * @param participantIds 活动参与者
     * @return 中奖名单
     */
    private List<String> getWinnerIds(final Integer num, final List<String> participantIds) {

        if (num >= participantIds.size()) {

            return participantIds;
        }

        Random random = new Random();
        
        Set<String> userIdSet = new HashSet<>(num);
        
        while (userIdSet.size() < num) {
            
            int index = random.nextInt(participantIds.size());
            
            String userId = participantIds.get(index);
            
            userIdSet.add(userId);
        }

        return participantIds.subList(0, num);
    }

（2）抽样算法

想到以往学过的蓄水池抽样算法，场景乍看一看差不多，都是从一批数据中挑选几个。

但抽样算法主要应用于大数据场景下，所以这边只是简单提一下，有兴趣可以看下下面的链接： https://crunch.apache.org/apidocs/0.15.0/org/apache/crunch/lib/Sample.html#weightedReservoirSample-org.apache.crunch.PCollection-int-java.lang.Long-

（3）shuffle 算法

不就是随机嘛，我把每个都打乱，然后取前面几个作为中奖人即可。

此方法，避免了冲突。

如图：

简单步骤如下：

1. 加载参与活动的人于内存中
2. 遍历，每次 random，根据 random 后的数交换位置
3. 获取名单中前几个人作为中奖人

shuffle 可以直接使用 JDK 提供的 java.util.Collections。

代码如下：

    /**
     * 获取中奖名单
     *
     * @param num 奖品数量
     * @param participantIds 活动参与者
     * @return 中奖名单
     */
    private List<String> getWinnerIds(final Integer num, final List<String> participantIds) {

        if (num >= participantIds.size()) {

            return participantIds;
        }

        Collections.shuffle(participantIds);

        return participantIds.subList(0, num);
    }

（4）分区算法

在不产出冲突情况下，能再简单嘛？

思路：划分好分区，每个分区抽取一人

如图：

简单步骤如下：

1. 加载参与活动的人于内存中
2. 计算分区数（range），每个分区 random，这个分区中奖人下标 = random + offset 偏移位
3. 根据下标获取中奖人员

有个弊端，就是如果奖品数量num 和 活动参与者participantIds 不能整除的话，就会出现其中一个分区的中奖率提升。

代码如下：

    /**
     * 获取中奖名单
     * 
     * @param num 奖品数量
     * @param participantIds 活动参与者
     * @return 中奖名单
     */
    private List<String> getWinnerIds(final Integer num, final List<String> participantIds) {

        if (num >= participantIds.size()) {

            return participantIds;
        }

        int offset = 0;

        int range = participantIds.size() / num;

        List<Integer> indexList = new ArrayList<>(num);

        Random rand = new Random();

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

            int random = rand.nextInt(range);

            indexList.add(offset + random);

            offset += range;
        }

        return indexList.stream().map(participantIds::get).collect(Collectors.toList());
    }

PS：相比其他几种，更喜欢这种，可操作性高又简单。