简单的活动抽奖算法&方案

前言
原理
算法
库存操作
php实现
随机区间法
自增匹配法

前言

只要是有营销的场景，抽奖可以说几乎是必不可少的功能，如何基于一个简单的抽奖逻辑去支撑种类繁多的抽奖方案，结合之前的经验，总结如下。

原理

其实不论上层的抽奖方案是什么（例如，大转盘，刮刮乐，扎气球、砸金蛋等），都只是展示层的提现形式不一样，底层都可以使用同一个抽奖算法。

想想，如果是线下举办抽奖，一般会有哪些方案？

可预估奖品数

主动式，抽奖券500份，其中有奖品的只有10份，然后给用户抽，抽中就是你的。例如：买汽水的瓶盖抽奖，刮刮乐。

被动式，带ID的抽奖券500份，给用户抽，然后系统随机抽取10个ID发放奖品。例如：发布会入场券抽奖

不可预估奖品数

用户自己填信息的抽奖券，到时候由系统随机生成一个数，比对一致的就即为中奖者。例如：彩票。

其实线上的抽奖算法，基本上也是基于模拟线下场景方案来模拟的。但绝大多数场景都是黑盒操作，执行抽奖，中间的过程用户是无法获知的。

算法

1、随机区间法

这个方法随机度高，根据概率论来计算，每个用户的单次中奖概率为

中奖概率=奖品数/预估抽奖用户人数

如图所示，上面是一个奖品的分配区间，例如预计抽奖100W人，1等级1个，2等奖3个，3等奖5个，4等奖10个，其余999981都是谢谢惠顾。用户抽奖的时候，获得一个随机数，判断是否在中奖区间即可。发放奖品，则区间内的奖品剩余数-1；回收奖品，则区间内的奖品+1。



当一个奖品被抽完之后，从奖品区间移除（谢谢惠顾一般不算奖品），其余继续抽奖，例如上图的10个4等奖被抽光了。而当所有奖品都抽光了，就会只剩下一个谢谢惠顾的区间，这样用户不论怎么抽，都只会是谢谢惠顾，直到活动日结束。如果需要限制总抽奖次数，则将谢谢惠顾的部分也纳入库存，最终库存全部消耗完，随即提示用户抽奖结束即可。

需要注意的是，评估预计抽奖的人数比较重要（影响到随即数生成区间），我们可以根据历史数据评估，如果不是很清楚，建议评估人数大一些，这样奖品不至于很快被抽完。

2、自增匹配法



此方法简单至极，先设一个全局自增数，然后每个奖品我们设一个数字，有几个奖品设几个数，每次用户抽奖，自增数加一返回，如果自增数此时与奖品的数字一致，则中奖。

好处是，不用记录奖品的剩余数，只用记录自增数。

缺点是，由于不用记录奖品的剩余数，是因为提前进行了分布，所以奖品多的情况不适用。

库存操作

曾经使用mysql的时候，需要使用事务、消息队列，来保证并发导致的数据一致性问题。直到后来改为使用redis。

得益于redis的原子性操作和极高的性能，在高并发情况下也能很快的处理相应的库存增减操作（redis同样适用于秒杀场景）。

php实现

随机区间法

<?php

namespace Home\Controller;

use Think\Controller;

class IndexController extends Controller
{
public function index()
{
$people = 1000000;
$prizes = [
['id' => 0, 'name' => '遗憾，您未抽中任何奖品'],//没抽中
['id' => 1, 'name' => '一等奖，iPhone X', 'num' => 1],
['id' => 2, 'name' => '二等奖，华为Mate10', 'num' => 3],
['id' => 3, 'name' => '三等奖，三星note8', 'num' => 5],
['id' => 4, 'name' => '四等奖，一加5', 'num' => 10],
];
$this->prize_draw($people, $prizes);
}

/**
* 抽奖
* @param $people 预估的抽奖人数
* @param $prizes 读取奖项设置，可以从数据库读，记得先在redis中初始化库存
*/
private function prize_draw($people, $prizes)
{
$redis = get_redis();
foreach ($prizes as $key => $value) {
if ($prizes[$key]['id'] != 0) {
$count = $redis->get('prize:count:' . $value['id']);
if ($count !== false && $count <= 0) {
//检查是否有剩余，没有则减去这部分区间
$people = $people - $prizes[$key]['num'];
unset($prizes[$key]);
}
}
}

//重新下标数组
$prizes = array_values($prizes);
dump($prizes);

$rate = [];

//计算区间
foreach ($prizes as $key => $item) {
if ($key == 0)
$rate[$key] = [0, $item['num']];
else if ($key == count($prizes) - 1)
$rate[$key] = [$rate[$key - 1][1], $people];
else
$rate[$key] = [$rate[$key - 1][1], $rate[$key - 1][1] + $item['num']];
}
dump($rate);

//抽奖
$rd = mt_rand(0, $people);
dump($rd);

foreach ($rate as $key => $item) {
if ($item[0] <= $rd && $rd < $item[1]) {
if ($prizes[$key]['id'] != 0) {
$newcount = $redis->incrBy('prize:count:' . $prizes[$key]['id'], -1);
if ($newcount !== false && $newcount >= 0) {
return $prizes[$key];
}
}
return $prizes[0];
}
}
}
}

概率测试

//模拟100W次抽奖随机数分布
for ($i = 0; $i < 1000000; $i++) {
$rd = mt_rand(0, $people);
foreach ($rate as $key => $item) {
if ($item[0] <= $rd && $rd < $item[1]) {
if ($prizes[$key]['count']) {
$prizes[$key]['count'] += 1;
} else {
$prizes[$key]['count'] = 1;
}
}
}
}
dump($prizes);

//模拟100W次抽奖随机数分布结果
array(5) {
[0] => array(4) {
["id"] => int(1)
["name"] => string(20) "一等奖，iPhone X"
["num"] => int(1)
["count"] => int(1)
}
[1] => array(4) {
["id"] => int(2)
["name"] => string(24) "二等奖，华为Mate10"
["num"] => int(3)
["count"] => int(2)
}
[2] => array(4) {
["id"] => int(3)
["name"] => string(23) "三等奖，三星note8"
["num"] => int(5)
["count"] => int(6)
}
[3] => array(4) {
["id"] => int(4)
["name"] => string(19) "四等奖，一加5"
["num"] => int(10)
["count"] => int(8)
}
[4] => array(3) {
["id"] => int(0)
["name"] => string(33) "遗憾，您未抽中任何奖品"
["count"] => int(999982)
}
}

其中，模拟100W次抽奖仅仅是计算了100W次随机数的分布，多次运行，可以看到概率基本上是完全符合预期的。

自增匹配法

<?php

namespace Home\Controller;

use Think\Controller;

class IndexController extends Controller
{
public function index()
{
$prizes = [
['id' => 0, 'name' => '遗憾，您未抽中任何奖品'],//没抽中
['id' => 1, 'name' => '一等奖，iPhone X', 'num' => [54]],
['id' => 2, 'name' => '二等奖，华为Mate10', 'num' => [100, 386, 999]],
['id' => 3, 'name' => '三等奖，三星note8', 'num' => [798, 6333, 48795]],
['id' => 4, 'name' => '四等奖，一加5', 'num' => [159, 357, 8432, 789456, 123147, 256528, 764565, 999663, 744121, 546478]],
];
dump($this->prize_draw($prizes));
}

/*
* 抽奖
* @param $prizes
*/
private function prize_draw($prizes)
{
$nothing = $prizes[0];
unset($prizes[0]);
$redis = get_redis();
$count = $redis->incr('prize:count');
foreach ($prizes as $prize) {
foreach ($prize['num'] as $num) {
if ($num == $count) {
return $prize;
}
}
}
return $nothing;
}
}

以上，简单的营销场景完全够用。

如有更好的方法，欢迎讨论。