C#控制檯應用程序——防僞碼

摘 要

1. 生成多個防僞碼，防僞碼的長度和個數由用戶指定。

2. 防僞碼由"0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ"字符組成，生成的防僞碼不能夠

  重複，必須是惟一的。

3. 防僞碼的生成要具備隨機性。

4. 在以上要求達到的基礎上，儘可優化程序的速度。

設計思路：

1. 總體的設計思路：根據用戶指定的防僞碼的長度和個數，生成相應的防僞碼，每次生成一個防僞碼時便將防僞碼存儲進哈希表，成功存儲後計數器加1,表示存儲成功，循環執行，當計數器等於用戶指定的防僞碼的個數時，循環中止，輸出防僞碼個數和執行的時間。

2. 防僞碼生成思路：將組成防僞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，而後取出字符串中該數所在位置的字符，重複執行n次，由這n個字符所組成的新字符串即所求的長度爲n的防僞碼。

3. 隨機數的生成：隨機數的生成主要是種子的選擇問題，可用默認的、GUID、RNGCryptoServiceProvider等做爲隨機數種子。C#裏面經常使用的是Random類，它是以時間做爲默認的隨機種子。GUID則是用來產生32位的惟一隨機數，多用於一些惟一性的標記，因爲這個實驗的速度上要求儘量的快速，並且並不要求產生的隨機數要惟一，因此在實驗中並無選擇它來產生隨機數。一開始用的是最經常使用的Random類來產生一個隨機數，它很方便也很高效，它用的隨機種子是系統的當前時間，因爲系統的當前時間是不斷的變化的，因此它產生的僞隨機數也具備很高的隨機性。實驗的過程當中，也嘗試了用RNGCryptoServiceProvider來產生隨機數，雖然它的隨機性很好，可是它產生的隨機數有正數和負數，而實驗要求產生的隨機數必須大於0,所以要對產生的隨機數進行判斷和轉化，這大大影響了程序的執行效率（用Random執行時爲3秒，用RNGCryptoServiceProvider則爲20多秒），最後通過比較和分析，仍是改用Random來產生隨機數。

4. 數據的存儲和惟一性的判別：能夠用哈希表來存儲產生的防僞碼，主要有如下2個緣由：

         a).哈希表是線性存儲，存儲時間很是快。

         b).哈希表能夠很快的斷定要存儲的元素是否已經存在。

   這裏的哈希表選擇的是泛型集合裏面的Dictionary<K,T>,其中K是字符類型即防僞碼，T是一

   個整型值，Dictionary不容許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

   異常，經過catch出現的異常能夠跳過該值的存儲，這就使得生成的防僞碼都是不相同的，

   該算法的時間複雜度爲常數，即O(1)。因爲用的是泛型集合，因此這裏不會出現裝箱拆箱操      做，因此也大大優化了速度。

 5.速度的優化：速度的優化主要能夠從如下幾個方面去考慮：

   a).隨機數的產生，上面已經分析了，當用Random時，效果是最好的。

   b).數據的存儲與查找，用哈希表是存儲數據和查找數據裏都是接近線性，當存儲與查找的

    數據很大時（接近1000000）依舊能夠實現線性，即時間複雜度爲O(1),沒有其它數據結

    構的性能比它更好了，因此這裏用哈希表已接近最優。

   c).字符串的增加和賦值操做，這裏重點說一下StringBuilder類型在實驗中的運用。因爲實

    驗中的防僞碼是由隨機生成的一個個字符組合而成的，因此實驗中出現大量將字符串拼

    接起來的操做，剛開始的時候用的是String類型，對字符串的拼接操做能夠用string str

      +=char等簡單操做，但因爲String類型的字符串是引用類型，且不可改變，對它進行拼

    接時內存要花時間生成新的引用，因此在處理這種大量拼接操做的時候效率並不高。後

    來將String類型用StringBuilder類型替換，由於StringBuilder類型在處理字符串的拼接

    時不用生成新的引用，因此效率大大提升（用String類型須要7秒跑完，用StringBuilder

    只須要3秒）。

產生隨機數核心代碼：

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++){               //僞碼的個數
                for (int i = 0; i < length; i++){          //僞碼的長度
                    a = random.Next(strTableCharLength);   //產生隨機數
                    result.Append(strTableChar[a]);        //拼接生成防僞碼
                }
                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
                      result.Clear();                     //清除字符串
                      }
            }

程序運行效果圖

1.輸入的參數爲 10 10000，輸出的結果以下：

程序生成了長度爲10個字符的防僞碼10000個，

用時10.0843毫秒。

2.輸入的參數爲 20 1000000，輸出的結果以下：

程序生成了長度爲20個字符的防僞碼1000000個，

用時1327.3601毫秒。

3.輸入的參數爲 50 1000000，輸出的結果以下：

程序生成了長度爲50個字符的防僞碼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]);        //僞碼的長度
            int count = Convert.ToInt32(args[1]);         //僞碼的個數
            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++)               //僞碼的個數
            {
                for (int i = 0; i < length; i++)          //僞碼的長度
                {

                    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
                      result.Clear();
                      }
                
            }
            count = Hash.Count;                           //哈希表元素的個數
            timer1.Stop();                                //中止計時
            double dMilliseconds = timer1.Elapsed.TotalMilliseconds;
            Console.WriteLine("生成個數爲：{0}，運行時間爲：{1}", count, dMilliseconds);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}