Random 来自掩码的均匀随机位

假设我有一个64位无符号整数（u64）

掩码

，设置了一个或多个位

我想从

m

中随机均匀地选择一个设置位，以提供一个新的掩码

x

，从而

x&mask

具有一个位集。执行此操作的某些伪代码可能是：

def uniform_random_bit_from_mask(mask):
  assert mask > 0
  set_indices = get_set_indices(mask)
  random_index = uniform_random_choice(set_indices)
  new_mask = set_bit(random_index, 0)
  return new_mask

---

然而，我需要尽可能快地完成这项工作（类似于上面在低级语言中的代码正在减缓热循环）。有人有更有效的方案吗？

如何优化该方案的细节取决于您没有指定的几个因素–目标体系结构、掩码中预期的设置位数、您想要使用的语言、对随机性的要求等等。在不了解更多细节的情况下，很难给出一个有用的答案，但我将给出一些可能证明有用的提示

大多数现代体系结构都有一条指令来计算整数中的设置位数，通常称为“popcount”，该指令在大多数低级语言中公开。在锈迹斑斑的地方，你可以使用。这将提供要从中选择的位的总数

k

然后，您可以在

0

和

k-1

之间生成一个随机数

i

。下一步是选择

mask

中的

i

th设置位。执行此操作的有效方法是此循环（锈代码）：

0..i中的uu的

{
掩码&=掩码-1；
}
让new_mask=1如何优化这一点的细节取决于您没有指定的几个因素–目标体系结构、掩码中预期的设置位数、您想要使用的语言、对随机性的要求等等。在不了解更多细节的情况下，很难给出一个有用的答案，但我将给出一些可能证明有用的提示

大多数现代体系结构都有一条指令来计算整数中的设置位数，通常称为“popcount”，该指令在大多数低级语言中公开。在锈迹斑斑的地方，你可以使用。这将提供要从中选择的位的总数
k

然后，您可以在
0
和
k-1
之间生成一个随机数
i
。下一步是选择
mask
中的
i
th设置位。执行此操作的有效方法是此循环（锈代码）：

0..i中的uu的
{
掩码&=掩码-1；
}
让new_mask=1如果你只能得到，那么你就不必创建一个索引列表。是的，获取设置位的数量更便宜-但我仍然需要在最终掩码中设置位，所以我需要索引？随机函数应该告诉你翻转第I位，这样你就不需要跟踪列表了，但是我相信你仍然需要迭代这些比特。然而，
rand（）
函数不是这里真正的瓶颈吗？如果您相信它可以优化，也许您可以说明实际问题。现在我要说的是，这些优化将使您的速度提高不到1%（尽管评测将为您提供准确的值）。@hellow我假设OP想要一个关于Rust的答案，而Pythonish伪代码只是为了说明问题。如果您只获得了，那么您就不必创建索引列表。是的，获取设置位的数量比较便宜-但是我仍然需要在最终掩码中设置位，所以我需要索引？随机函数应该告诉您翻转第I位，这样您实际上不需要跟踪列表，但我相信您仍然需要迭代位。然而，
rand（）
函数不是这里真正的瓶颈吗？如果您相信它可以优化，也许您可以说明实际问题。现在我要说的是，这些优化将使您的速度提高不到1%（尽管评测将为您提供准确的值）。@hellow我假设OP想要一个关于Rust的答案，而Pythonish伪代码只是为了说明问题。您是如何想出
mask&=mask-1
？你以前见过类似的东西吗，还是刚刚想到的？我总是忘记你可以用算术运算符做聪明的小把戏too@trentcl很久以前我就见过了，但我不记得是在哪里捡到的。它通常非常有用。：）你是如何想出
掩码&=mask-1
？你以前见过类似的东西吗，还是刚刚想到的？我总是忘记你可以用算术运算符做聪明的小把戏too@trentcl很久以前我就见过了，但我不记得是在哪里捡到的。它通常非常有用。：）
for _ in 0..i {
    mask &= mask - 1;
}
let new_mask = 1 << mask.trailing_zeros();