C#控制台应用程序——防伪码


1. 生成多个防伪码,防伪码的长度和个数由用户指定。

2. 防伪码由"0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ"字符组成,生成的防伪码不可以

  重复,必须是唯一的。

3. 防伪码的生成要具有随机性。

4. 在以上要求达到的基础上,尽可优化程序的速度。

设计思路:

  1. 整体的设计思路:根据用户指定的防伪码的长度和个数,生成相应的防伪码,每次生成一个防伪码时便将防伪码存储进哈希表,成功存储后计数器加1,表示存储成功,循环执行,当计数器等于用户指定的防伪码的个数时,循环停止,输出防伪码个数和执行的时间。

  2. 防伪码生成思路:将组成防伪码的字符用一个字符串存储,随机生成0-(字符串长度-1)的一个数,然后取出字符串中该数所在位置的字符,重复执行n次,由这n个字符所组成的新字符串即所求的长度为n的防伪码。

  3. 随机数的生成:随机数的生成主要是种子的选择问题,可用默认的、GUIDRNGCryptoServiceProvider等作为随机数种子。C#里面常用的是Random类,它是以时间作为默认的随机种子。GUID则是用来产生32位的唯一随机数,多用于一些唯一性的标记,由于这个实验的速度上要求尽可能的快速,而且并不要求产生的随机数要唯一,所以在实验中并没有选择它来产生随机数。一开始用的是最常用的Random类来产生一个随机数,它很方便也很高效,它用的随机种子是系统的当前时间,由于系统的当前时间是不断的变化的,所以它产生的伪随机数也具有很高的随机性。实验的过程中,也尝试了用RNGCryptoServiceProvider来产生随机数,虽然它的随机性很好,但是它产生的随机数有正数和负数,而实验要求产生的随机数必须大于0,因此要对产生的随机数进行判断和转化,这大大影响了程序的执行效率(用Random执行时为3秒,用RNGCryptoServiceProvider则为20多秒),最后经过比较和分析,还是改用Random来产生随机数。

  4. 数据的存储和唯一性的判别:可以用哈希表来存储产生的防伪码,主要有以下2个原因:

         a).哈希表是线性存储,存储时间非常快。

         b).哈希表可以很快的判定要存储的元素是否已经存在。

   这里的哈希表选择的是泛型集合里面的Dictionary<K,T>,其中K是字符类型即防伪码,T是一

   个整型值,Dictionary不允许K的值相同,当有两个相同的字符串存储进哈希表时,会出现

   异常,通过catch出现的异常可以跳过该值的存储,这就使得生成的防伪码都是不相同的,

   该算法的时间复杂度为常数,即O(1)。由于用的是泛型集合,所以这里不会出现装箱拆箱操      作,所以也大大优化了速度。

 5.速度的优化:速度的优化主要可以从以下几个方面去考虑:

   a).随机数的产生,上面已经分析了,当用Random时,效果是最好的。

   b).数据的存储与查找,用哈希表是存储数据和查找数据里都是接近线性,当存储与查找的

    数据很大时(接近1000000)依旧可以实现线性,即时间复杂度为O(1),没有其它数据结

    构的性能比它更好了,所以这里用哈希表已接近最优。

   c).字符串的增长和赋值操作,这里重点说一下StringBuilder类型在实验中的运用。由于实

    验中的防伪码是由随机生成的一个个字符组合而成的,所以实验中出现大量将字符串拼

    接起来的操作,刚开始的时候用的是String类型,对字符串的拼接操作可以用string str

      +=char等简单操作,但由于String类型的字符串是引用类型,且不可改变,对它进行拼

    接时内存要花时间生成新的引用,所以在处理这种大量拼接操作的时候效率并不高。后

    来将String类型用StringBuilder类型替换,因为StringBuilder类型在处理字符串的拼接

    时不用生成新的引用,所以效率大大提高(用String类型需要7秒跑完,用StringBuilder

    只需要3秒)。

产生随机数核心代码:

StringBuilder result = new StringBuilder();
Dictionary<string, int> Hash = new Dictionary<string, int>(); //哈希表
string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
int strTableCharLength = strTableChar.Length;
Random random = new Random();
            for (int j = 0; j < count; j++){               //伪码的个数
                for (int i = 0; i < length; i++){          //伪码的长度
                    a = random.Next(strTableCharLength);   //产生随机数
                    result.Append(strTableChar[a]);        //拼接生成防伪码
                }
                try {
                      Hash.Add(result.ToString(), j);     //将字符串存储进哈希表
                      result.Clear();                     //清除字符串
                     }
                catch {
                      j--;                                //若字符串相同,则不计数
                      result.Clear();                     //清除字符串
                      }
            }

程序运行效果图

1.输入的参数为 10 10000,输出的结果如下:

C#控制台应用程序——防伪码

程序生成了长度为10个字符的防伪码10000个,

用时10.0843毫秒。

2.输入的参数为 20 1000000,输出的结果如下:

C#控制台应用程序——防伪码

程序生成了长度为20个字符的防伪码1000000个,

用时1327.3601毫秒。

3.输入的参数为 50 1000000,输出的结果如下:

C#控制台应用程序——防伪码

程序生成了长度为50个字符的防伪码1000000个,

用时2619.9278毫秒。

程序代码:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Diagnostics;       //计时
using System.Collections;       //集合

namespace ConsoleApplication3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch timer1 = new Stopwatch();           //计时器类
            timer1.Start();                               //开始计时
            int a;
            int length = Convert.ToInt32(args[0]);        //伪码的长度
            int count = Convert.ToInt32(args[1]);         //伪码的个数
            StringBuilder result = new StringBuilder();
            Dictionary<string,int> Hash = new Dictionary<string,int >();       
            string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
            int strTableCharLength = strTableChar.Length;
            Random random = new Random();


            for (int j = 0; j < count; j++)               //伪码的个数
            {
                for (int i = 0; i < length; i++)          //伪码的长度
                {

                    a = random.Next(strTableCharLength);
                    result.Append(strTableChar[a]);
                }

                try {
                      Hash.Add(result.ToString(),j);
                      result.Clear();
                     }
                catch {
                    j--;                                  //若字符串相同,则不计数
                      result.Clear();
                      }
                
            }
            count = Hash.Count;                           //哈希表元素的个数
            timer1.Stop();                                //停止计时
            double dMilliseconds = timer1.Elapsed.TotalMilliseconds;
            Console.WriteLine("生成个数为:{0},运行时间为:{1}", count, dMilliseconds);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}


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