再谈非重复随机序列号生成算法

这段时间项目中又要开发兑换码功能，此前的项目已经开发过，但是为了保证这个功能在将来的可重复利用，我决定重构一下相关模块。

原来的模块不是我开发的，但也已经可以完成这个要求。但其中存在两个问题，这也是基本上非重复随机序列生成算法都要面对的问题
（1）是非重复性
（2）是效率

我们原来的程序员开发的，是使用的最低效的方式，即随机生成后，遍历已经生成的所有随机序列号，如果重复则放弃这组随机序列号，重新生成。在这个过程中，首先暴露的是低效，其次是只能保证本批次的序列号不重复，再次启动工具生成，两个批次的随机序列号就无法保证不重复了。

那么也会有人问，为什么不使用GUID之类的算法，因为兑换码这个东西，其实有很多额外的需求，比如长度，随机码中使用的字符，有纯数字的序列号，也有纯字母的，所以诸如GUID，MD5，SHA等都不完全适合。

我前几天曾经转了一篇非重复随机序列生成算法 ，其中作者的思路确实提供我很大的帮助，但是仔细看了作者的实现后，其实也发现了一点欠缺，该文中的算法解决了效率问题，也解决了重复问题，但是其能生成的序列号数量大大减少。打个比方，如果是生成长度10的序列号，文中的算法将保证[0~9]的数组只出现一次，按照排列组合的算法，最终出现的序列号总数是10*9*7*6*5*4*3*2*1，但实际我们需求的序列号，每一位的数字可以重复，但整个序列号不能产生重复，换句话说，我们的序列号总数应该是10的10次幂。

改进方案

（一）对于一个非重复的随机序列号，要做到非重复，其N位上出现的字符的顺序不能有相同的情况。使用排列组合的知识我们知道，假设我们有N位，每一位上允许的字符有m个的话，我们能产生的不重复的排列组合总量为m1 m2 * m3 …*mN个，这就是非重复性
（二）随机性，也就是我们从上述m的N次幂的序列中，随机抽取K个，就能完成我们的目标。当然，不能用随机数来决定抽取哪一个，这样还得遍历已经抽取出来的序列号，来判断是否两次挑选序列号是否挑到了同一个

（三）我的算法思路，首先求得一个排列组合的子集，即s1 * s2 * s3 *,,,*sN = C，C为我们要生成的序列号总量，s是m的一个字符子集，s这个子集是从m集合中抽取的随机的不重复的字符。这样就能保证C的序列号是完全不会重复的序列号。s的子集，我使用了转载文章中作者的算法，通过构建一个包含m个不同字符的数组，并对数组随机抽取索引，进行移位交换，最后得到一个包含不重复字符的s子集

（四）序列号需求，对于任意长度的序列号，我们只需要增加N，对于序列号中出现的字符限制，我们只需要更改m集合中的字符内容，就可以得到纯字符，或是纯数字，或是混合的序列号

（五）不同批次的永不重复性，这个我选择了使用增加前缀的方法，比如采用时间，来确定唯一性，然后将时间作为序列号的一部分，加入前缀或是后缀，也可以自定义。
其实还有一种方法就是先利用本算法生成K个较短长度的非重复随机序列号，K足够大，保证这批序列号足够使用，然后存入一个文件中，以后再生成时，将这K个中随机抽取一个，作为批次的标识，生成一次，就抛弃K中的一个，就可以了

附上相应的只要算法代码

if (count.ToString().Length > length){    Console.WriteLine("生成数量大于位数，无法生成");    return null;}var seed = DateTime.Now - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0);var random = new Random((int)seed.TotalSeconds);int[] bitTimes = new int[length];int total_count = 1;int idx = 0;while (idx < length){    int f = random.Next(0, 10);    bitTimes[idx] = f;    total_count *= f > 0 ? f : 1;    idx++;    if (total_count >= count)    {        break;    }}while (total_count < count){    for (int i = 0; i < length; i++)    {        if (bitTimes[i] < 10)        {            var c = bitTimes[i];            bitTimes[i] += 1;            total_count = total_count + total_count / c;        }        if (total_count >= count)        {            break;        }    }}var codes = new string[total_count];for (int i = 0; i < length; i++){    int coloum = bitTimes[i];    coloum = Math.Max(1, coloum);    int row = total_count / coloum;    int[] num_array = new int[] { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };    int[] num = new int[coloum];    int x = 0, tmp = 0, n = 0;    for (int m = num_array.Length - 1; m > 0; m--)    {        x = random.Next(0, m + 1);        tmp = num_array[m];        num_array[m] = num_array[x];        num_array[x] = tmp;        num[n] = num_array[m];        n++;        if (n >= coloum)        {            break;        }    }    for (int j = 0; j < row; j++)    {        for (int k = 0; k < coloum; k++)        {            var index = j * coloum + k;            codes[index] = i == 0 ? num[k].ToString() : codes[index] + num[k];        }    }}return codes;

这里只有实现，还未作优化，相关优化，代码工程请移步
https://github.com/duotemplar/RedeemCodeGenerator