基于概率的公平抽奖、公开开奖算法背景需求设计

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我是靠谱客的博主心灵美蚂蚁，最近开发中收集的这篇文章主要介绍基于概率的公平抽奖、公开开奖算法背景需求设计，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

背景

最近，由于项目需要，在产品同事的合作下专门设计并开发了一个基于概率的抽奖、开奖程序。我们先看下需求：

需求

基于现有的用户积分信息开发一套世界杯抽奖、开奖程序。首先，每个用户每天完成日常任务后可参与现金红包抽奖，中奖概率为随机的，不做人为隐形设定。但是系统可以配置现金奖池大小，根据奖池大小，每天最多发出相应金额的红包。其次，现金红包有不同的金额范围限制，不同的范围中奖概率不同。另外，根据用户操作等，积分榜是实时变动的。活动结束后积分榜前三名和积分榜4-50中随机抽取的一名，共4名小伙伴可获得系统大奖。设计一个公开、公正的算法从第4名至第50名中随机抽取一个幸运儿。

设计

由于奖池和红包部分相对复杂，所以编写程序处理；随机抽取幸运儿相对简单，利用第三方数据源和独立公开算法计算出幸运儿名次即可。

幸运的宝宝

这部分相对简单，先说下规则：

LuckyNumber = Parameter % (50 - 3) + 4

Parameter取值为中国银行美元外汇牌价 2018/07/16 12:00前（世界杯结束后，平台于07/16中午公开开奖）最后一条记录的现汇买入价去小数点后的值；为了保证公平性或防止意外，可从多平台取值，即LuckyNumber = (Parameter1 + Parameter2 + Parameter3) % (50 - 3) + 4

50 - 3的意思是只有47人参与抽奖

余数是从0开始的，而中奖者序号从4开始，所以+4

举例
假如2018/07/16查询得到如下外汇信息：

则：LuckyNumber = Parameter % (50 - 3) + 4 = 66132 % 47 + 4 = 3 + 4 = 7
榜单第7名即为幸运用户。

红包抽奖

配置

level=N # 0-9
level.prize=p0, p1, p2, … , pn
level.rate=r0, r1 … , rn-1

配置示例

level=3
level.amount=100, 1000, 9000, 10000
level.rate=100, 20, 10

示例含义

红包分为三个等级，[1.00, 10.00)的概率是1%（100/10000），[10.00-90.00)的概率是0.2%，[90.00-100.00]的概率是0.1%。

示例程序

package test;

import java.util.Random;

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

public class T {
    private static final int LEVEL = 3;
    private static final int[] LEVEL_AMOUNT = new int[] { 100, 1000, 9000, 10000 };
    private static final int[] LEVEL_RATE = new int[] { 100, 20, 10 };

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(prize());
    }

    /**
     * {"lucky":9282,"prize":false}
     * {"lucky":50,"amount":980,"level":0,"prize":true}
     * lucky：幸运数
     * prize：中奖标识，true-中奖，false-没中奖
     * level：中奖等级
     * amount：中奖金额
     * @return
     */
    public static JSONObject prize() {
        JSONObject result = new JSONObject();
        Random r = new Random();

        // 服务器每天第一次收到抽奖请求或相关请求时初始化当日奖池信息，
        // 或定时器每天自动初始化奖池信息（凌晨高并发请求时可能查不到当日奖池信息）

        // 生成幸运数
        int lucky = r.nextInt(10000);
        result.put("lucky", lucky);

        // 声明中奖等级，默认不中奖，值为-1；或中奖值为0,1,2
        int level = -1;

        // 若lucky < level.rate0，则level=0；
        // 否则，若lucky < level.rate0 + level.rate1，则level=1
        // ...
        int rate = 0;
        for (int i = 0; i < LEVEL_RATE.length; i++) {
            rate += LEVEL_RATE[i];
            if (lucky < rate) {
                level = i;
                break;
            }
        }

        if (level > -1) {
            result.put("prize", true);
            result.put("level", level);

            int amount = 0;
            // 最后一个中奖等级的奖金范围是闭区间，其他都是左闭右开
            if (level + 1 == LEVEL) {
                // nextInt(N)的范围是[0,N)，nextInt(N * 10) / 10的范围是[0,N]
                int target = (int) (LEVEL_AMOUNT[level + 1] - LEVEL_AMOUNT[level] + 1) * 10;
                amount = r.nextInt(target) / 10 + (int) LEVEL_AMOUNT[level];
            } else {
                // nextInt(N-M)的范围是[0, N-M)，nextInt(N-M) + M的范围是[M,N)
                int target = (int) (LEVEL_AMOUNT[level + 1] - LEVEL_AMOUNT[level]);
                amount = r.nextInt(target) + (int) LEVEL_AMOUNT[level];
            }

            int pool_unusedAmount = 1000000; // 查询当日奖池可用金额

            // 奖池可用金额不足时，按奖池剩余金额支付
            if (amount > pool_unusedAmount) {
                amount = pool_unusedAmount;
            }

            // 更新当日奖池信息，保存用户中奖数据
            result.put("amount", amount);
        } else {
            result.put("prize", false);
        }

        return result;
    }
}