音乐随机播放算法

常见的音乐随机播放算法主要有两种：一是Shuffle算法；二是Random算法。

一Shuffle算法

Shuffle算法和排序算法正好相反，是从有序到乱序的一个过程，俗称洗牌算法。它将播放列表中的歌曲顺序打乱，变成一个和原来歌曲顺序没有任何关系的乱序的播放列表，之后进行歌曲的播放，并支持当用户点击“上一首”时，能够回到刚刚播放的那一首歌曲。

二Random算法

Random算法是在选取即将播放的歌曲时，进行一个随机数的运算，得到即将播放的歌曲在播放列表中的索引，播放列表本身并没有被打乱，只是利用随机函数从播放列表中选取一首歌曲进行播放而已。

现在比较普遍的随机数生成算法是基于线性同余算法实现的，例如C语言标准库函数rand()就是利用它产生随机数的。线性同余算法能够产生均匀分布的随机数，但是它依赖于给定的随机数的上限，如果上限越小，产生的随机数重复的概率就越大。

Random算法另一个缺陷是当点击“上一首”时，跟“下一首”功能完全一样，都是重新生成随机数，并利用它从播放列表中选取歌曲进行播放，而不会回到刚刚播放的那一首歌。当然，这个缺陷可以通过提供历史记录来弥补，只是需要花费额外的空间。

三随机函数

上面两种算法的关键都是随机函数，下面介绍Java和C两种语言中随机函数的使用。

3.1）Java中的随机函数

Java是采用线性同余算法产生随机数的，优点是随机性好，周期长，速度快，易于计算机软件实现，缺点是产生的随机数受数学规律的制约，具有周期性和相关性，只能产生伪随机序列。JDK提供的随机数生成方式有两种：

3.1.1）Math.random()函数

该函数返回0到1区间中的某个double值，源码实现如下：

    private static Random randomNumberGenerator;

    private static synchronized Random initRNG() {
        Random rnd = randomNumberGenerator;
        return (rnd == null) ? (randomNumberGenerator = new Random()) : rnd;
	}
	
    public static double random() {
        Random rnd = randomNumberGenerator;
        if (rnd == null) rnd = initRNG();
        return rnd.nextDouble();
    }

可见，该函数底层是调用Random类实现的，首次调用random函数时，静态成员变量randomNumberGenerator为空，因此将调用Random类的构造函数进行初始化，随后每次调用random函数randomNumberGenerator不再为空，将不会再实例化Random类，因此，每次调用Math.random()函数用到的都是同一个种子，也就是首次调用的系统时间产生的种子。

3.1.2）Random类

位于Java.util包中，该类有两个构造函数，实现如下：

    public Random() {
        this(seedUniquifier() ^ System.nanoTime());
	}
    public Random(long seed) {
        this.seed = new AtomicLong(initialScramble(seed));
    }

可见，构造函数默认使用当前的系统时间产生种子，用于初始化Random对象。之后就可以调用各种next*函数来获取各种类型的随机数，如nextBytes，nextInt，nextDouble，nextGaussian等等。

3.2）C/C++中的随机函数

C/C++中最常用的生成伪随机数的方法是C标准库提供的rand()函数，它定义在stdlib.h文件中，能够返回0~RAND_MAX之间均匀分布的伪随机数（RAND_MAX至少为32767，一般默认为32767）。

直接调用rand()，每次生成的伪随机序列是相同的，因为rand()在生成随机数时会使用一个种子（默认值是1），作为计算随机数的初始值，如果种子相同，那么生成的伪随机序列也将是一样的。解决的办法很简单，就是每次使用不同的种子来调用rand()函数，srand()函数就是用来设置rand()函数产生随机数时使用的种子的。

srand()函数原型如下：

void srand(
   unsigned int seed 
);

srand()和rand()配合使用的示例如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main( void )
{
   int i;

   /* Seed the random-number generator with current time so that
    * the numbers will be different every time we run.
    */
   srand( (unsigned)time( NULL ) );

   /* Display 10 numbers. */
   for( i = 0;   i < 10;i++ )
      printf( "  %6d\n", rand() );
}

需要注意的一点是，上面代码在生成多个随机数时，要将srand()放到for循环的外面，否则上面输出的10个随机数都将是一样的，因为计算机运行速度太快，导致time()函数执行的结果没来得及改变。详见下图。

四音乐随机播放算法的Shuffle实现

4.1）C/C++版本

#include <cstdlib>  
#include <iostream>  
using namespace std;  
 
//得到范围start~end之间的随机数 
int rand(int start, int end)  
{  
    return rand()%(end - start) + start;  
}  
  
void swap(int* a, int* b)  
{  
    *a = *a ^ *b;  
    *b = *a ^ *b;  
    *a = *a ^ *b;  
}  
void shuffle(int a[], int len)  
{  
    int key;  
    srand((unsigned int)time(NULL));//srand应该放在for循环之外 
    for(int i = 0; i< len; i++)  
    {  
        key = rand(0, len);  
        printf("key = %d\n", key);
        swap(a[i], a[key]);  //乱序 
    }  
}  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int a[8]={3, 5, 7, 2, 12, 1, 8, 6};  
    shuffle(a, 8);  
    for(int i = 0; i < 8; i++)  
    {  
        printf("%d\n", a[i]);  
    }  
    system("pause");  
    return 0;  
}

4.2）Java版本

import java.util.Random;

public class ASCE {

	public static void main(String arg[]) {
		String[] musicUrl = { "/music/1.mp3", "/music/2.mp3", "/music/3.mp3",
				"/music/4.mp3", "/music/5.mp3", "/music/6.mp3", "/music/7.mp3",
				"/music/8.mp3", "/music/9.mp3", "/music/10.mp3" };

		shuffle(musicUrl);
		for (String music : musicUrl) {
			System.out.println(music);
		}
	}

	public static void shuffle(String[] musicUrl) {
		int key;
		String temp;
		Random rand = new Random();

		for (int i = 0; i < musicUrl.length; i++) {
			key = rand.nextInt(musicUrl.length - 1);
			temp = musicUrl[i];
			musicUrl[i] = musicUrl[key];
			musicUrl[key] = temp;
		}
	}
}

五现成的Shuffle库算法

其实无论在C++还是Java中，都已经实现了Shuffle算法，在实际项目开发中，如果不是有特殊要求的话，完全没有必要自己去实现Shuffle算法，下面就来看看已有的Shuffle算法。

5.1）C++中的Shuffle算法

C++STL中的函数random_shuffle()就是用来对一个元素序列进行随机重新排序的算法，函数原型如下：

template<class RandomAccessIterator>
   void random_shuffle(
      RandomAccessIterator _First, //指向序列首元素的迭代器
      RandomAccessIterator _Last  //指向序列最后一个元素的下一个位置的迭代器
   );
template<class RandomAccessIterator, class RandomNumberGenerator>
   void random_shuffle(
      RandomAccessIterator _First,
      RandomAccessIterator _Last,
      RandomNumberGenerator& _Rand //调用随机数产生器的函数
   );

具体用法可参见：http://blog.csdn.net/ACE1985/article/details/5868682。

5.2）Java中的Shuffle算法

Collections类中实现了Shuffle算法，这个类位于java.util包中，有两个重载函数，下面直接看源码：

    public static void shuffle(List<?> list) {
        Random rnd = r;
        if (rnd == null)
            r = rnd = new Random();
        shuffle(list, rnd);
    }
    private static Random r;

    public static void shuffle(List<?> list, Random rnd) {
        int size = list.size();
        if (size < SHUFFLE_THRESHOLD || list instanceof RandomAccess) {
            for (int i=size; i>1; i--)
                swap(list, i-1, rnd.nextInt(i));
        } else {
            Object arr[] = list.toArray();

            // Shuffle array
            for (int i=size; i>1; i--)
                swap(arr, i-1, rnd.nextInt(i));

            // Dump array back into list
            ListIterator it = list.listIterator();
            for (int i=0; i<arr.length; i++) {
                it.next();
                it.set(arr[i]);
            }
        }
    }

参考文献：

1）http://www.ifanr.com/29498从随机播放算法看iPod的细节之美

2）http://blog.csdn.net/cstn_kdlx/article/details/7326516随机数生成问题小结

3）http://blog.csdn.net/hcy0727/article/details/7581671洗牌算法

4）http://blog.csdn.net/chosen0ne/article/details/6129315随机播放CD

5）http://blog.csdn.net/ACE1985/article/details/5868682random_shuffle()和transform算法