如何在MongoDB中随机选取覆盖全难度等级的指定数量文档

针对你需要随机选取10或20个文档、且必须包含难度等级1到10各至少一个的需求，以下是两种场景的具体实现方案：

场景1：选取恰好10个文档（每个难度等级各1个） #

通过聚合管道按难度分组，每组随机抽取1个文档，确保覆盖所有难度：

db.collection.aggregate([
  // 可选：过滤出难度在1-10范围内的文档，避免无效数据干扰
  { $match: { "Difficulty Level": { $gte: 1, $lte: 10 } } },
  // 按难度等级分组，收集每个等级的全部文档
  {
    $group: {
      _id: "$Difficulty Level",
      docs: { $push: "$$ROOT" }
    }
  },
  // 每个难度等级随机选取1个文档
  {
    $project: {
      randomDoc: { $sample: { input: "$docs", size: 1 } }
    }
  },
  // 展开单个文档的数组结构
  { $unwind: "$randomDoc" },
  // 恢复原文档的完整结构
  { $replaceRoot: { newRoot: "$randomDoc" } }
])

场景2：选取20个文档（每个难度等级至少1个，剩余10个随机补充） #

分两步实现：先获取覆盖所有难度的10个必选文档，再随机补充10个文档，可选去重避免重复：

db.collection.aggregate([
  { $match: { "Difficulty Level": { $gte: 1, $lte: 10 } } },
  // 同时执行两个聚合分支：获取必选文档和补充文档
  {
    $facet: {
      requiredDocs: [
        { $group: { _id: "$Difficulty Level", docs: { $push: "$$ROOT" } } },
        { $project: { randomDoc: { $sample: { input: "$docs", size: 1 } } } },
        { $unwind: "$randomDoc" },
        { $replaceRoot: { newRoot: "$randomDoc" } }
      ],
      extraDocs: [
        { $sample: { size: 10 } } // 从所有文档中随机选10个补充
      ]
    }
  },
  // 合并必选文档和补充文档
  {
    $project: {
      combined: { $concatArrays: ["$requiredDocs", "$extraDocs"] }
    }
  },
  { $unwind: "$combined" },
  // 可选：按文档ID去重，避免同一个文档被重复选中
  {
    $group: {
      _id: "$combined._id",
      doc: { $first: "$combined" }
    }
  },
  { $replaceRoot: { newRoot: "$doc" } },
  // 可选：如果去重后数量不足20，重新抽取20个（概率极低，仅针对小集合）
  // { $sample: { size: 20 } }
])

备选方案（文档数量充足时） #

如果每个难度等级的文档数量足够，可以直接每个等级随机选2个，刚好凑够20个：

db.collection.aggregate([
  { $match: { "Difficulty Level": { $gte: 1, $lte: 10 } } },
  {
    $group: {
      _id: "$Difficulty Level",
      docs: { $push: "$$ROOT" }
    }
  },
  {
    $project: {
      randomDocs: { $sample: { input: "$docs", size: 2 } }
    }
  },
  { $unwind: "$randomDocs" },
  { $replaceRoot: { newRoot: "$randomDocs" } }
])

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Brijesh Savaliya