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JavaScript生成不重复随机数：使用Set实现高效算法

聖光之護

发布： 2025-11-14 12:20:01

原创

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JavaScript生成不重复随机数：使用Set实现高效算法

本文旨在解决javascript中生成随机数时可能出现重复的问题。通过深入探讨`set`数据结构的特性，我们将展示如何利用其自动去重机制，高效且简洁地生成指定范围内不重复的随机数序列。教程将提供详细的代码示例、原理分析及使用注意事项，帮助开发者掌握在各种应用场景下生成唯一随机数的最佳实践。

引言：随机数生成中的重复问题

在JavaScript开发中，我们经常需要生成一系列随机数。然而，直接使用Math.random()结合Math.floor()生成多个随机数时，尤其是在较小的范围内或需要生成较多数量的随机数时，很容易遇到重复的数字。例如，以下代码尝试生成6个1到60之间的随机数：

function sorteio() {
  const numeroAleatorio = (min, max) => {
    // 原始实现可能存在问题，如范围计算不准确或直接生成导致重复
    return Math.floor(Math.random() * 59 + 1); // 这里的59+1实际上是生成1-59，而不是1-60
  };

  const gerarNumerosEntre1a60 = n => {
    const resultado = [];
    for (let i = 0; i < n; ++i) {
      resultado.push(numeroAleatorio(1, 60));
    }
    return resultado;
  }

  document.getElementById("resultado").innerHTML = gerarNumerosEntre1a60(6);
}

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这段代码的问题在于，numeroAleatorio函数每次被调用时都会独立生成一个随机数，而不会检查之前是否已经生成过相同的数字。因此，最终的resultado数组很可能包含重复的数字。为了解决这个问题，我们需要一种机制来确保生成的所有数字都是唯一的。

利用Set数据结构实现不重复随机数

JavaScript中的Set是一种特殊的集合，它允许你存储任何类型（原始值或对象引用）的唯一值。这意味着，如果你尝试向Set中添加一个已经存在的值，Set不会进行任何操作，其大小也不会改变。这个特性正是我们解决重复随机数问题的关键。

核心思想

我们可以创建一个Set来存储生成的随机数。每次生成一个新随机数时，都尝试将其添加到Set中。由于Set的自动去重特性，只有当新生成的数字是唯一时，它才会被真正添加进去。我们持续这个过程，直到Set的大小达到我们所需的随机数数量。

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示例代码

下面是使用Set实现不重复随机数生成功能的优化代码：

function sorteio() {
  /**
   * 生成指定范围内不重复的随机数序列
   * @param {number} min - 随机数范围的最小值（包含）
   * @param {number} max - 随机数范围的最大值（包含）
   * @param {number} count - 需要生成的随机数数量
   * @returns {Array<number>} 包含不重复随机数的数组
   */
  const getRandomUniqueNumbers = (min, max, count) => {
    const result = new Set(); // 使用Set来存储不重复的数字

    // 循环直到Set的大小达到所需的数量
    while (result.size < count) {
      // 生成一个在[min, max]范围内的随机整数
      const randomNumber = Math.floor(Math.random() * (max - min + 1)) + min;
      result.add(randomNumber); // 将数字添加到Set中，Set会自动处理重复
    }

    // 将Set转换为数组并返回
    return [...result]; 
  };

  // 调用函数生成6个1到60之间不重复的随机数
  const gerarNumerosEntre1a60 = n => {
    const resultado = getRandomUniqueNumbers(1, 60, n);
    return resultado;
  };

  // 将结果显示在HTML元素中
  document.getElementById("resultado").innerHTML = gerarNumerosEntre1a60(6);
}

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HTML集成

为了测试上述JavaScript代码，你需要一个简单的HTML结构，包含一个按钮来触发抽奖功能，以及一个用于显示结果的元素：

<button onclick="sorteio()">Sortear numeros!</button>
<h1 id="resultado"></h1>

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点击“Sortear numeros!”按钮，sorteio函数将被调用，然后h1标签中将显示6个1到60之间不重复的随机数。

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代码解析

getRandomUniqueNumbers(min, max, count) 函数：
- const result = new Set();：创建一个空的Set实例，用于收集不重复的随机数。
- while (result.size < count)：这是一个关键的循环条件。它确保我们持续生成并尝试添加随机数，直到Set中包含了指定数量（count）的唯一数字。
- const randomNumber = Math.floor(Math.random() * (max - min + 1)) + min;：这行代码用于生成指定范围[min, max]（包含min和max）内的随机整数。
  - Math.random() 生成一个 [0, 1) 范围内的浮点数。
  - *(max - min + 1) 将范围扩大到 [0, max - min + 1)。
  - Math.floor() 将其向下取整，得到 [0, max - min] 范围内的整数。
  - + min 将整个范围平移，使其变为 [min, max]。
- result.add(randomNumber);：将生成的随机数添加到Set中。如果randomNumber已经存在于Set中，Set会忽略这次添加操作，result.size不会改变。如果randomNumber是新的，它会被添加，result.size会增加1。
- return [...result];：当while循环结束时，Set中已经包含了所有唯一的随机数。使用扩展运算符...将Set转换回一个数组并返回。
gerarNumerosEntre1a60(n) 函数：
- 这是一个简单的包装函数，它调用getRandomUniqueNumbers并传入固定的范围1到60，以及所需的数量n。
sorteio() 函数：
- 这是入口点，负责调用gerarNumerosEntre1a60并将其结果更新到HTML页面的resultado元素中。

注意事项与性能考量

count与范围的关系：
- 一个重要的警告是，count（需要生成的随机数数量）不能大于可能值的总数（max - min + 1）。如果count大于这个范围，while循环将陷入无限循环，因为Set永远无法达到所需的大小。例如，如果你想在1到5之间生成10个不重复的随机数，这是不可能的。在实际应用中，你可能需要添加一个检查来避免这种情况。
```
const possibleValuesCount = max - min + 1;
if (count > possibleValuesCount) {
  console.warn("请求的随机数数量超过了可能的唯一值总数，可能导致无限循环或不完整的结果。");
  // 可以选择抛出错误，或返回所有可能的唯一值
  return Array.from({length: possibleValuesCount}, (_, i) => min + i);
}
```
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性能：
- 对于大多数常见的场景，使用Set生成不重复随机数的方法是高效且简洁的。
- 然而，如果max - min + 1（范围大小）非常大，而count（所需数量）接近max - min + 1，那么while循环可能需要多次迭代才能找到新的唯一数字，尤其是在Set接近满的时候。在这种极端情况下，另一种策略可能是先生成一个包含所有可能数字的数组，然后对其进行洗牌（Fisher-Yates shuffle），最后取出前count个数字。但对于通常的“小范围，少量”或“大范围，少量”场景，Set方法足够优秀。

总结

通过利用JavaScript Set数据结构的自动去重特性，我们可以 elegantly 且高效地解决生成不重复随机数的问题。这种方法代码简洁、易于理解和维护，并且在大多数实际应用场景中表现良好。在实现时，请务必注意所需随机数数量与生成范围之间的关系，以避免潜在的逻辑问题。掌握这种技术，将有助于你在JavaScript开发中更灵活地处理随机数生成需求。

以上就是JavaScript生成不重复随机数：使用Set实现高效算法的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！