Given a singly linked list, return a random node's value from the linked list. Each node must have the same probability of being chosen.

Follow up:
What if the linked list is extremely large and its length is unknown to you? Could you solve this efficiently without using extra space?

Example:

// Init a singly linked list [1,2,3].
ListNode head = new ListNode(1);
head.next = new ListNode(2);
head.next.next = new ListNode(3);
Solution solution = new Solution(head); // getRandom() should return either 1, 2, or 3 randomly. Each element should have equal probability of returning.
solution.getRandom();

本题可以用reservoir sampling来解决不明list长度的情况下平均概率选择元素的问题。

假设在[x_1,...,x_n]只选一个元素,要求每个元素被选中的概率都是1/n,但是n未知。 其中 random.randint(0, cnt) == 0: 的概率是1/(cnt+1)。reservoir sampling的证明可以使用归纳法(induction)。

 class Solution(object):

     def __init__(self, head):
"""
@param head The linked list's head.
Note that the head is guaranteed to be not null, so it contains at least one node.
:type head: ListNode
"""
self.head = head def getRandom(self):
"""
Returns a random node's value.
:rtype: int
"""
cnt = 0
head = self.head
while head:
if random.randint(0, cnt) == 0:
ans = head.val
head = head.next
cnt += 1
return ans

本题的一个推广是如何在[x_1,...,x_n]中选出k个元素。并且每个x_i被选中的概率都一样,而且n未知。

1. if i <= k, T_i = T_{i-1}\cup x_i

2. else with p = k/i replace one element in T_{i-1} with x_i with p=1/k。

证明同样可以用归纳法。

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