java - 在 Java 中带替换的加权采样

Question

Java 中或 Apache Commons Math 等库中是否有等同于 MATLAB 函数的函数 randsample ？ 更具体地说，我想找到一个函数 randSample，它根据我指定的概率分布返回独立同分布随机变量的 vector 。 例如:

int[] a = randSample(new int[]{0, 1, 2}, 5, new double[]{0.2, 0.3, 0.5})
//        { 0 w.p. 0.2
// a[i] = { 1 w.p. 0.3
//        { 2 w.p. 0.5

输出与 MATLAB 代码 randsample([0 1 2], 5, true, [0.2 0.3 0.5]) 相同，其中 true 表示采样替换。

如果不存在这样的函数，我该如何编写一个？

注意:我知道 similar question已在 Stack Overflow 上被问及，但遗憾的是尚未得到答复。

Answer 1

我很确定不存在这样的函数，但是制作一个可以生成这样的样本的函数非常容易。首先，Java 确实带有一个随机数生成器，特别是一个带有函数 Random.nextDouble() 的函数，它可以生成 0.0 到 1.0 之间的随机 double 值。

import java.util.Random;

double someRandomDouble = Random.nextDouble();
     // This will be a uniformly distributed
     // random variable between 0.0 and 1.0.

如果您有替换抽样，如果您将作为输入的 pdf 转换为 cdf，则可以使用 Java 提供的随机 double 来创建随机数据集，方法是查看它落在 cdf 的哪一部分。因此，首先您需要将 pdf 转换为 cdf。

int [] randsample(int[] values, int numsamples, 
        boolean withReplacement, double [] pdf) {

    if(withReplacement) {
        double[] cdf = new double[pdf.length];
        cdf[0] = pdf[0];
        for(int i=1; i<pdf.length; i++) {
            cdf[i] = cdf[i-1] + pdf[i];
        }

然后您制作适当大小的整数数组来存储结果并开始寻找随机结果:

        int[] results = new int[numsamples];
        for(int i=0; i<numsamples; i++) {
            int currentPosition = 0;

            while(randomValue > cdf[currentPosition] && currentPosition < cdf.length) {
                currentPosition++; //Check the next one.
            }

            if(currentPosition < cdf.length) { //It worked!
                results[i] = values[currentPosition];
            } else { //It didn't work.. let's fail gracefully I guess.
                results[i] = values[cdf.length-1]; 
                     // And assign it the last value.
            }
        }

        //Now we're done and can return the results!
        return results;
    } else { //Without replacement.
        throw new Exception("This is unimplemented!");
    }
}

有一些错误检查(确保值数组和 pdf 数组大小相同)和一些其他功能，您可以通过重载它来提供其他功能来实现，但希望这足以让您开始。干杯!