Java中的实现概率计算（数字不同范围按照不同几率产生随机数）

前言

程序中经常遇到随机送奖券 / 红包 / 礼物之类的情景，这个随机还得指定概率，比如10%的机率可以得到礼物。30%的机率可以得到礼物 不同概率

那么java怎么实现一个简单的概率计算了，见如下例子：

int randomInt =  RandomUtils.nextInt(1,101);
if(randomInt <= 10){ //100里面1个数，小于等于10的概率就是10%
       //do something
}

RandomUtils工具类是commons-lang3包里面的

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.7</version>
</dependency>

详情

如果要在某个数字区间产生一个随机数，区间内部在不同的片段几率不同如何实现呢？经常有这样的场景，比如，随机赠送红包，范围0.1元-100元，0.1-1元的概率是90%,1元-10元的概率是9%，10元-100元的概率是1%，也就是说数额越大得到的几率越小！实现的原理如下图：

原理就是，将范围分割成一个个子范围（片段），具体采用哪个范围，再用机率判断。片段机率可以依次排好序，映射成[1,100]之间的数字。然后随机一个[1,100]之间的数，该数落在哪个区间，就采用哪个片段产生随机数。具体源代码如下：

package com.hdwang;

import org.apache.commons.lang3.RandomUtils;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 按几率产生随机数
 * 例如，产生0.1-100的随机数，0.1-1的几率是90%，1-10的几率是9%，10-100的几率是1%
 */
public class RateRandomNumber {

    /**
     * 产生随机数
     * @param min 最小值
     * @param max 最大值
     * @return 随机结果
     */
    public static double produceRandomNumber(double min,double max){
        return RandomUtils.nextDouble(min,max); //[min,max]
    }

    /**
     * 按比率产生随机数
     * @param min 最小值
     * @param max 最大值
     * @param separates 分割值（中间插入数）
     * @param percents 每段数值的占比（几率）
     * @return 按比率随机结果
     */
    public static double produceRateRandomNumber(double min,double max,List<Double> separates,List<Integer> percents){
        if(min > max){
            throw new IllegalArgumentException("min值必须小于max值");
        }
        if(separates == null || percents==null || separates.size()==0){
            return produceRandomNumber(min,max);
        }
        if(separates.size() +1 != percents.size()){
            throw new IllegalArgumentException("分割数字的个数加1必须等于百分比个数");
        }
        int totalPercent = 0;
        for(Integer p:percents){
            if(p<0 || p>100){
                throw  new IllegalArgumentException("百分比必须在[0,100]之间");
            }
            totalPercent += p;
        }
        if(totalPercent != 100){
            throw new IllegalArgumentException("百分比之和必须为100");
        }
        for(double s:separates){
            if(s <= min || s >= max){
                throw new IllegalArgumentException("分割数值必须在(min,max)之间");
            }
        }
        int rangeCount = separates.size()+1; //例如：3个插值，可以将一个数值范围分割成4段
        //构造分割的n段范围
        List<Range> ranges = new ArrayList<Range>();
        int scopeMax = 0;
        for(int i=0;i<rangeCount;i++){
            Range range = new Range();
            range.min = (i==0 ? min:separates.get(i-1));
            range.max = (i== rangeCount-1 ?max:separates.get(i));
            range.percent = percents.get(i);

            //片段占比，转换为[1,100]区间的数字
            range.percentScopeMin = scopeMax +1;
            range.percentScopeMax = range.percentScopeMin + (range.percent-1);
            scopeMax = range.percentScopeMax;

            ranges.add(range);
        }
        //结果赋初值
        double r = min;
        int randomInt = RandomUtils.nextInt(1,101); //[1,100]
        for(int i=0;i<ranges.size();i++){
            Range range = ranges.get(i);
            //判断使用哪个range产生最终的随机数
            if(range.percentScopeMin <= randomInt && randomInt <= range.percentScopeMax){
                r = produceRandomNumber(range.min,range.max);
                break;
            }
        }
        return r;
    }

    public static class Range{
        public double min;
        public double max;
        public int percent; //百分比

        public int percentScopeMin; //百分比转换为[1,100]的数字的最小值
        public int percentScopeMax; //百分比转换为[1,100]的数字的最大值
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Double> separates = new ArrayList<Double>();
        separates.add(1.0);
        separates.add(10.0);
        List<Integer> percents = new ArrayList<Integer>();
        percents.add(90);
        percents.add(9);
        percents.add(1);
        for(int i=0;i<100;i++) {
            double number = produceRateRandomNumber(0.1, 100, separates, percents);
            System.out.println(String.format("%.2f",number));
        }
    }
}

参考资料 & 致谢

【1】JAVA实现概率计算（数字不同范围按照不同几率产生随机数）
【2】利用java实现抽奖转盘(着重安全控制)
【3】APP转盘抽奖Java服务端接口详解