如何在 C 中随机找到具有一些连续元素的子数组？

Question

我有一个包含 100 个元素的数组。数组元素是一组 1 和 0。例如：

Array[100] = {0,0,1,0,1,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,1,0,0,0,1,1,....,1}

我需要找到所有零 windows(gaps) 并随机选择其中一个。根据 1 到 20 之间的均匀分布选择间隙的大小（需要）。

 needed = op_dist_load ("uniform_int", 1, 20);

例如，如果我们假设数组[100]中的其余元素等于 1，如您所见，我有 8 个零 windows（[=25= 的大小] =2).我需要找到他们。

find_gap_randomly函数选择了2个连续的零元素（有2个零元素的子数组意味着我的程序中存在间隙）。对于在不使用随机库的情况下用 C 语言编写 find_gap_randomly(int needed) 函数的代码，您有什么建议，最好是用于 OPNET 模拟器？

static void find_gap_randomly(int needed)
{
    //The macros “FIN” and “FOUT” are used in OPNET functions to enable the OPNET 
    //debugging kernel to print out function information. 
    FIN(find_rr_gap());
    /* ... */
    FOUT;
}

Answer 1

如果您仍在寻找 Array 中的差距，（差距定义为连续的数量至少 needed 长度的零元素），那么找到所有间隙的一种简单、直接的方法是移动 "sliding-window" of needed向下排列数组，检查 window 中的所有值是否为零。如果它们都为零，则您找到了一个间隙，如果没有，则移动到 Array 中的下一个索引并重复。

这个概念虽然相当简单，但图片可能会有所帮助（或尝试图片）

    +-------+
    |       |  <= window to slide over array
    |       |
    +---+---+---+---+---+---+---+---+...
    | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |   <= array values
    +---+---+---+---+---+---+---+---+...
    0   1   2   3   4   5   6   7   8   <= array indexes
    |       |
    +-------+

上面显示了 Array 的前九个元素，下面是每个元素的相应索引。由于您的 needed 是 2，您有一个跨越 2-elements 的 window，您将从 Array 的开头移动到结尾，检查其中的值。这可以简单地通过两个嵌套循环来完成，外循环循环 while i = needed; i < num_elements; i++，然后内循环从 j = i - needed; j < i; j++ 开始迭代。

要捕获 Array 中的间隙所在的位置，您使用第二个数组（我称为 gaps）包含与 Array 初始化时相同数量的元素全零。当您在 Array 中找到一个区域，其中有 needed 个连续元素时，您只需递增 gaps[j]++; 即可将 gaps[j] 处的值从 0 设置为 1。（取决于 j 的范围，如果 j 超出范围，您可能需要增加 gaps[i-needed]++;。

当您完成从头到尾移动滑动 window 后，gaps 将在间隙开始位于 Array.

实现滑动的简单函数window可以这样写：

/** find_gaps locates each sequence of all zero within 'array' of
 *  at least 'needed' length, the corresponding index within 'gaps'
 *  is incremented to identify the start of each gap, returns the
 *  number of gaps of 'needed' length in 'array'.
 */
int find_gaps (int *gaps, int *arr, int nelem, int needed)
{
    int ngaps = 0;  /* count of gaps found */
    /* add code to validate parameters here */

    memset (gaps, 0, nelem * sizeof *gaps);     /* zero gaps array */
    for (int i = needed; i < nelem; i++) {      /* loop needed to end */
        for (int j = i - needed; j < i; j++) {  /* loop previous needed */
            if (arr[j] != 0)    /* if non-zero value, get next in array */
                goto next;      /* lowly 'goto' works fine here */
        }
        gaps[i-needed]++;   /* increment index in gaps */
        ngaps++;            /* increment no. of gaps found */
      next:;
    }

    return ngaps;   /* return no. of gaps found */
}

（注意： 内部循环可以替换为 memcmp 以检查一个值，将所有字节设置为零以定位间隙）

完成上面 find_gaps 的操作，以图表为指导，确保您准确理解正在发生的事情。如果没有，请告诉我。

将它放在一个简短的示例中，将 needed 作为程序的第一个参数（如果没有给出参数，则默认使用 2），您可以执行以下操作:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

/** find_gaps locates each sequence of all zero within 'array' of
 *  at least 'needed' length, the corresponding index within 'gaps'
 *  is incremented to identify the start of each gap, returns the
 *  number of gaps of 'needed' length in 'array'.
 */
int find_gaps (int *gaps, int *arr, int nelem, int needed)
{
    int ngaps = 0;  /* count of gaps found */
    /* add code to validate parameters here */

    memset (gaps, 0, nelem * sizeof *gaps);     /* zero gaps array */
    for (int i = needed; i < nelem; i++) {      /* loop needed to end */
        for (int j = i - needed; j < i; j++) {  /* loop previous needed */
            if (arr[j] != 0)    /* if non-zero value, get next in array */
                goto next;      /* lowly 'goto' works fine here */
        }
        gaps[i-needed]++;   /* increment index in gaps */
        ngaps++;            /* increment no. of gaps found */
      next:;
    }

    return ngaps;   /* return no. of gaps found */
}

int main (int argc, char **argv) {

    int array[] = { 0,0,1,0,1,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,
                    0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,1,0,1,0,0,1 },
        nelem = sizeof array / sizeof *array,   /* number of elements */
        gaps[nelem],    /* a VLA is fine here C99+, otherwise allocate */
        ngaps = 0,      /* no. of gaps found */
        needed = argc > 1 ? strtol (argv[1], NULL, 0) : 2;  /* (default: 2) */

    if (errno) {    /* validate strtol conversion succeeded */
        perror ("strtol-argv[1]");
        return 1;
    }
    /* find the number of gaps, storing beginning index in 'gaps' array */
    ngaps = find_gaps (gaps, array, nelem, needed);

    printf ("gaps found: %d\n", ngaps);         /* output number of gaps */
    for (int i = 0; ngaps && i < nelem; i++)    /* output index of gaps */
        if (gaps[i])
            printf (" gap at array[%2d]\n", i);

    return 0;
}

(注意： 你应该添加 needed 小于 nelem 的检查，但是那个和任何额外的验证都留给你作为练习)

例子Use/Output

$ ./bin/findgaps
gaps found: 11
 gap at array[ 0]
 gap at array[ 9]
 gap at array[10]
 gap at array[11]
 gap at array[12]
 gap at array[18]
 gap at array[19]
 gap at array[25]
 gap at array[26]
 gap at array[32]
 gap at array[37]

检查至少 3 个零的间隙：

$ ./bin/findgaps 3
gaps found: 5
 gap at array[ 9]
 gap at array[10]
 gap at array[11]
 gap at array[18]
 gap at array[25]

有几种方法可以解决这个问题，但是滑动-window 可能是最直接的一种，滑动-window 在 C 语言中还有许多其他应用，因此非常值得添加到您的工具箱中。如果您还有其他问题，请告诉我。

如何在 C 中随机找到具有一些连续元素的子数组？

How can I find a subarray with some contiguous elements randomly in C?

c

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