python - 如何在非常大的python字典中获取随机值

Question

给定一个包含数百万个条目的 python 字典，从中获取和删除随机 (k,v) 对的最有效方法是什么？

字典不断增长，随机删除函数被调用得非常频繁。

python2 random_key = random.choice(the_dict.keys()) 引用最多的解决方案太慢了，因为首先创建了所有键的列表。由于字典中有很多元素，此解决方案不起作用。

另一个建议的解决方案是the_dict.popitem()，但这不会返回真正的随机对象，而是取决于dict 的内部排序。

第三种也是减慢速度的解决方案是迭代器:

 it = the_dict.iterkeys()

 for i in range (random.randint(0, len(the_dict)-1)):
     next(it)
 random_key = next(it)

在 remove_random() 旁边，有时特定键需要 the_dict.pop(x)。因此，一个简单的基于列表的二级索引是行不通的。

这个问题可以用字典有效地解决吗？

Answer 1

一种解决方案是使用双向映射将每个键映射到一个整数，以允许通过使用 random.randrange(0,N) 从双向映射到键的整数范围中进行选择来随机选择一个键，其中N是键的数量。

添加一个新键只是简单地为它分配下一个更高的整数。删除键会将该键的 int 重新分配给在删除键值对之前分配给先前最高 int 的键。为清楚起见，提供了 Python 代码。

Python代码:

def create(D): # O(len(D))
    # Create the bidirectional maps from the dictionary, D
    keys = D.keys()
    ints = range(len(keys)
    int_to_key = dict(zip(keys, ints)) 
    key_to_int = dict(zip(ints, keys))
    return (int_to_key, key_to_int)

def add(D, int_to_key, key_to_int, key, value): # O(1)
    # Add key-value pair (no extra work needed for simply changing the value)
    new_int = len(D)
    D[key] = value
    int_to_key[new_int] = key
    key_to_int[key] = new_int

def remove(D, int_to_key, key_to_int, key): # O(1)
    # Update the bidirectional maps then remove the key-value pair

    # Get the two ints and keys.
    key_int = key_to_int[key]
    swap_int = len(D) - 1 # Should be the highest int
    swap_key = int_to_key[swap_int]

    # Update the bidirectional maps so that key now has the highest int
    key_to_int[key], key_to_int[swap_key] = swap_int, key_int
    int_to_key[key_int], int_to_key[swap_int] = swap_key, key

    # Remove elements from dictionaries
    D.remove(key)
    key_to_int.remove(key)
    int_to_key.remove(key)

def random_key(D, int_to_key): # O(1)
    # Select a random key from the dictionary using the int_to_key map
    return int_to_key[random.randrange(0, len(D))]

def remove_random(D, int_to_key, key_to_int): # O(1)
    # Randomly remove a key from the dictionary via the bidirectional maps
    key = random_key(D, int_to_key)
    remove(D, int_to_key, key_to_int, key)

注意:在不使用上述适当函数的情况下从 D 添加/删除键将破坏双向映射。这意味着最好将其实现为一个类。