PHP 產生不重複隨機數字的兩種演算法與效能比較

前言

在抽獎、驗證碼、隨機抽樣等情境下，常需要從指定範圍取出不重複的隨機數字。本文介紹兩種常見做法：陣列打亂法與迴圈檢查法，並實測其記憶體與執行時間表現。

方法一：陣列打亂法

建立 1 到 N 的陣列，用 shuffle() 打亂後取前 k 個。

function createRandID_shuffle($max, $count = 11) {
    $arr = range(1, $max);
    shuffle($arr);
    return implode(',', array_slice($arr, 0, $count));
}

優點：程式碼簡潔、保證不重複。
缺點：需建立完整陣列，記憶體消耗隨 $max 線性增長。當 $max = 900,000 時，已觸發 Allowed memory size exhausted 錯誤。

方法二：迴圈檢查法

用 while 迴圈產生隨機數，以 in_array() 檢查是否重複，直到集齊所需數量。

function createRandID_loop($max, $count = 11) {
    $arr = [];
    while (count($arr) < $count) {
        $num = rand(1, $max);
        if (!in_array($num, $arr)) {
            $arr[] = $num;
        }
    }
    return implode(',', $arr);
}

優點：記憶體固定（僅存結果陣列），不受 $max 影響。
缺點：當 $count 接近 $max 時，碰撞機率極高，效能急劇下降；但 $count 較小時極快。

實測數據（取 11 個數字）

進階優化：PHP 7.1+ 可用 array_rand()

function createRandID_modern($max, $count = 11) {
    $keys = array_rand(array_flip(range(1, $max)), $count);
    sort($keys);
    return implode(',', $keys);
}

註：array_flip(range(...)) 仍會建立大陣列，記憶體問題未解。若 $max 極大，建議改用 Reservoir Sampling 或資料庫 ORDER BY RAND() LIMIT k。

選擇建議

• 小範圍（< 100,000）且需大量數字：shuffle 或 array_rand 最簡潔。
• 大範圍（> 100,000）且只需少量數字：迴圈檢查法 最省記憶體且極快。
• 極大範圍（百萬以上）且需大量數字：考慮資料庫隨機查詢或演算法優化（如 Fisher-Yates 部分打亂）。