Java 中带替换的加权采样

2024-06-28

Java 中或 Apache Commons Math 等库中是否有与 MATLAB 函数等效的函数随机样本 http://www.mathworks.com/help/stats/randsample.html? 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且同分布的随机变量的向量。 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 代码相同randsample([0 1 2], 5, true, [0.2 0.3 0.5])哪里的true表示放回抽样。

如果这样的函数不存在,我该如何编写呢?

Note:我知道一个类似的问题 https://stackoverflow.com/questions/19262558/equivalent-of-matlabs-randsample-random-sample已在 Stack Overflow 上询问,但遗憾的是尚未得到答复。


我很确定这个函数不存在,但是创建一个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的随机数生成器,Random.nextDouble()可以产生 0.0 到 1.0 之间的随机双精度数。

import java.util.Random;

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

如果您有放回抽样,如果您将作为输入的 pdf 转换为 cdf,则可以使用 Java 提供的随机双精度数通过查看它落在 cdf 的哪一部分来创建随机数据集。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];
        }

然后创建适当大小的整数数组来存储结果并开始查找随机结果:

        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)以及一些其他功能,您可以通过重载它来实现以提供其他功能,但希望这足以让您开始。干杯!

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