C#生成防偽碼的思路及源碼分享
摘 要
1. 生成多個防偽碼,防偽碼的長度和個數(shù)由用戶指定。
2. 防偽碼由"0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ"字符組成,生成的防偽碼不可以重復,必須是唯一的。
3. 防偽碼的生成要具有隨機性。
4. 在以上要求達到的基礎上,盡可優(yōu)化程序的速度。
設計思路:
整體的設計思路:根據(jù)用戶指定的防偽碼的長度和個數(shù),生成相應的防偽碼,每次生成一個防偽碼時便將防偽碼存儲進哈希表,成功存儲后計數(shù)器加1,表示存儲成功,循環(huán)執(zhí)行,當計數(shù)器等于用戶指定的防偽碼的個數(shù)時,循環(huán)停止,輸出防偽碼個數(shù)和執(zhí)行的時間。
防偽碼生成思路:將組成防偽碼的字符用一個字符串存儲,隨機生成0-(字符串長度-1)的一個數(shù),然后取出字符串中該數(shù)所在位置的字符,重復執(zhí)行n次,由這n個字符所組成的新字符串即所求的長度為n的防偽碼。
隨機數(shù)的生成:隨機數(shù)的生成主要是種子的選擇問題,可用默認的、GUID、RNGCryptoServiceProvider等作為隨機數(shù)種子。C#里面常用的是Random類,它是以時間作為默認的隨機種子。GUID則是用來產(chǎn)生32位的唯一隨機數(shù),多用于一些唯一性的標記,由于這個實驗的速度上要求盡可能的快速,而且并不要求產(chǎn)生的隨機數(shù)要唯一,所以在實驗中并沒有選擇它來產(chǎn)生隨機數(shù)。一開始用的是最常用的Random類來產(chǎn)生一個隨機數(shù),它很方便也很高效,它用的隨機種子是系統(tǒng)的當前時間,由于系統(tǒng)的當前時間是不斷的變化的,所以它產(chǎn)生的偽隨機數(shù)也具有很高的隨機性。實驗的過程中,也嘗試了用RNGCryptoServiceProvider來產(chǎn)生隨機數(shù),雖然它的隨機性很好,但是它產(chǎn)生的隨機數(shù)有正數(shù)和負數(shù),而實驗要求產(chǎn)生的隨機數(shù)必須大于0,因此要對產(chǎn)生的隨機數(shù)進行判斷和轉(zhuǎn)化,這大大影響了程序的執(zhí)行效率(用Random執(zhí)行時為3秒,用RNGCryptoServiceProvider則為20多秒),最后經(jīng)過比較和分析,還是改用Random來產(chǎn)生隨機數(shù)。
數(shù)據(jù)的存儲和唯一性的判別:可以用哈希表來存儲產(chǎn)生的防偽碼,主要有以下2個原因:
a).哈希表是線性存儲,存儲時間非??臁?/P>
b).哈希表可以很快的判定要存儲的元素是否已經(jīng)存在。
這里的哈希表選擇的是泛型集合里面的Dictionary<K,T>,其中K是字符類型即防偽碼,T是一個 整型值,Dictionary不允許K的值相同,當有兩個相同的字符串存儲進哈希表時,會出現(xiàn)異常,通過catch出現(xiàn)的異??梢蕴^該值的存儲,這就使得生成的防偽碼都是不相同的,該算法的時 間復雜度為常數(shù),即O(1)。由于用的是泛型集合,所以這里不會出現(xiàn)裝箱拆箱操作,所以也大大優(yōu)化了速度。
5.速度的優(yōu)化:速度的優(yōu)化主要可以從以下幾個方面去考慮:
a).隨機數(shù)的產(chǎn)生,上面已經(jīng)分析了,當用Random時,效果是最好的。
b).數(shù)據(jù)的存儲與查找,用哈希表是存儲數(shù)據(jù)和查找數(shù)據(jù)里都是接近線性,當存儲與查找的數(shù) 據(jù)很大時(接近1000000)依舊可以實現(xiàn)線性,即時間復雜度為O(1),沒有其它數(shù)據(jù)結構的 性能比它更好了,所以這里用哈希表已接近最優(yōu)。
c).字符串的增長和賦值操作,這里重點說一下StringBuilder類型在實驗中的運用。由于實驗 中的防偽碼是由隨機生成的一個個字符組合而成的,所以實驗中出現(xiàn)大量將字符串拼接起來的操作,剛開始的時候用的是String類型,對字符串的拼接操作可以用String str+=char等 簡單操作,但由于String類型的字符串是引用類型,且不可改變,對它進行拼接時內(nèi)存要花時間生成新的引用,所以在處理這種大量拼接操作的時候效率并不高。后來將String類型 用StringBuilder類型替換,因為StringBuilder類型在處理字符串的拼接時不用生成新的引 用,所以效率大大提高了(用String類型需要7秒跑完,用StringBuilder只需要3秒)。
產(chǎn)生隨機數(shù)核心代碼:
StringBuilder result = new StringBuilder();
Dictionary<String, int> Hash = new Dictionary<String, int>(); //哈希表
string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
int strTableCharLength = strTableChar.Length;
Random random = new Random();
for (int j = 0; j < count; j++){ //偽碼的個數(shù)
for (int i = 0; i < length; i++){ //偽碼的長度
a = random.Next(strTableCharLength); //產(chǎn)生隨機數(shù)
result.Append(strTableChar[a]); //拼接生成防偽碼
}
try {
Hash.Add(result.ToString(), j); //將字符串存儲進哈希表
result.Clear(); //清除字符串
}
catch {
j--; //若字符串相同,則不計數(shù)
result.Clear(); //清除字符串
}
}
程序運行效果圖
1.輸入的參數(shù)為 10 10000,輸出的結果如下:
程序生成了長度為10個字符的防偽碼10000個,
用時10.0843毫秒。
2.輸入的參數(shù)為 20 1000000,輸出的結果如下:
程序生成了長度為20個字符的防偽碼1000000個,
用時1327.3601毫秒。
3.輸入的參數(shù)為 50 1000000,輸出的結果如下:
程序生成了長度為50個字符的防偽碼1000000個,
用時2619.9278毫秒。
程序代碼:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Diagnostics; //計時
using System.Collections; //集合
namespace ConsoleApplication3
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Stopwatch timer1 = new Stopwatch(); //計時器類
timer1.Start(); //開始計時
int a;
int length = Convert.ToInt32(args[0]); //偽碼的長度
int count = Convert.ToInt32(args[1]); //偽碼的個數(shù)
StringBuilder result = new StringBuilder();
Dictionary<String,int> Hash = new Dictionary<String,int >();
string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
int strTableCharLength = strTableChar.Length;
Random random = new Random();
for (int j = 0; j < count; j++) //偽碼的個數(shù)
{
for (int i = 0; i < length; i++) //偽碼的長度
{
a = random.Next(strTableCharLength);
result.Append(strTableChar[a]);
}
try {
Hash.Add(result.ToString(),j);
result.Clear();
}
catch {
j--; //若字符串相同,則不計數(shù)
result.Clear();
}
}
count = Hash.Count; //哈希表元素的個數(shù)
timer1.Stop(); //停止計時
double dMilliseconds = timer1.Elapsed.TotalMilliseconds;
Console.WriteLine("生成個數(shù)為:{0},運行時間為:{1}", count, dMilliseconds);
Console.ReadKey();
}
}
}
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