Para generar variables aleatorias discretas hay dos casos: el primero ha sido ya desarrollado -con reposición- y el segundo es sin reposición.
Come se mencionó que la inspiración vino de un juego, pensé en los Naipes. Estos antes de repartirse se barajan o permutan, esto último no tiene que confundirse con el cambio de variable o problema de monty hall ya que las probabilidades con cada extracción cambian.
Siguiendo con el caso de las cartas, al inicio la probabilidad de obtener cualquier carta es 1/54, al sacarse la segunda es 1/53 y así sucesivamente.
Tomado los siguientes valores de entrada
datos = { 5, 10, 25, 50, 80 }
probabilidades = {0.6299994, 0.2998997, 0.0699999, 0.0001000, 0.0000010}
probaAcumulada = {0.6299994,0.9298991,0.999899,0.999999,1}
Supongamos que necesitamos extraer tres datos.
Antes de la Primera extracción se tiene un diagrama de probabilidad acumulada, que es idéntica al caso con reposición detallada ya por varios en este trend.
Al generarse el número pseudo-aleatorio 0.725... -entre 0 y 1- que cae en el eje de las ordenadas (eje y) le corresponde el número 10 de las abscisas (eje x)
Dado que el 10 sale las probabilidades restantes se suman y este resultado luego las divide a cada una de ellas... como en el ejemplo de las cartas sale una de las 54 sumo todas las restantes que da 53 y ese total divide a cada carta 1/53.
Por tanto quedaría los datos de entrada para la segunda extracción de la siguiente forma:
datos = { 5, 25, 50, 80 }
probaAcumulada = {0.899870204,0.999855735,0.9999985722,1}
Siendo su representación gráfica esta:

Como salé el número 5, los datos de entrada y su correspondiente gráfica de probabilidades, quedan así para una tercera extracción si se necesitara efectuarla.
datos = { 25, 50, 80 }
probaAcumulada = {0.99855922,0.999985735,1}

La extracción lleva el nombre de muestra y es esta cantidad la que va en un bucle -a modo de condición- hasta que se extrae los datos que se necesiten.
Resumiendo el algoritmo se puede verbalizar así:
Se tiene datos (d), sus probabilidades (p) el tamaño de muestra (m) y cantidad actual extraída (q) que al inicio es cero
Paso 00: Calcular las probabilidades acumuladas (`pAcum`) de `p`
Paso 01: Generar un número pseudo-aleatorio (`u`) entre 0 y 1
Paso 02: Verificar para cada pAcum cuál es la primera en superar a `u` y extraer su indice (`i`)
Paso 03: Guardar el valor de `d` correspondiente a la posición `i`
Paso 04: Remover de `d` y `p` el valor correspondiente a la posición `i`
Paso 05: Re-calcular las probabilidades acumuladas (`pAcum`) de `p`
Paso 06: Sumarle a `q` uno
Paso 07: Mientras `m>=q` volver al Paso 01
Una aclaración final, si la muestra es del tamaño de todos los datos, esto es equivalente a permutar los datos es decir a barajar los naipes, aunque a diferencia de estos, tu caso es interesante ya que las probabilidades son diferentes.
Una aplicación práctica de generar variables aleatorias discretas son los teclados virtuales de los bancos, donde se deben mezclar o permutar las teclas {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0} para cada sesión y/o usuario.
Aquí una implementación en Lua sobre generación de v.a. discreta con y sin reposición
-- funcion de ayuda
local rand = math.random
-- valores de entrada
datos = { 5, 10, 25, 50, 80 }
probabilidades = {0.6299994, 0.2998997, 0.0699999, 0.0001000, 0.0000010}
-- funcion de ayuda para sumar elementos de una tabla en Lua
table.suma = function (list, fn)
local acc
for k, v in ipairs(list) do
acc = k==1 and v or fn(acc, v)
end
return acc
end
-- funcion para acumular probabilidades
local acumProba = function(prob)
local r = {prob[1]}
for i=2, #prob do r[#r+1] = prob[i]+r[i-1] end
return r
end
-- funcion para recalcular probabilidades cuando un elemento de la
-- tabla salió elegido
-- tener cuidado con el cambio de variable en este caso esta funcion
-- puede no ser valida
local acumProbAdj = function(prob)
local total = table.suma(prob, function(a,b) return a+b end)
local probAdj={}
for _,valorProb in pairs(prob) do
probAdj[#probAdj+1] = valorProb/total
end
return probAdj
end
-- eleccion de elementos al azar con reposicion
local conReposicion = function(dat, prob)
local aleatorio = rand()
for id, probAcumulada in pairs(prob) do
if probAcumulada>aleatorio then
return dat[id], id
end
end
end
-- eleccion de elementos al azar sin reposicion
-- tener en cuenta si la cantidad de muestra es
-- igual al total de datos se obtendrá un mezcla
-- al azar de los datos originales
local sinReposicion = function(dat, prob, cantMuestra)
local d, p = {unpack(dat)}, {unpack(prob)}
local muestras = {}
local muestra, id
for i=1, cantMuestra do
muestra, id = conReposicion(d,acumProba(p))
table.remove(d,id); table.remove(p,id)
p = acumProbAdj(p)
muestras[#muestras+1] = muestra
end
return muestras
end
-------------------------------------------
-- EJEMPLOS
-------------------------------------------
-- se obtiene las probabilidades acumuladas
print("\nSe obtiene las probabilidades acumuladas")
print(unpack(acumProba(probabilidades)))
print("\nPara los datos")
print(unpack(datos))
-- se obtiene solo un resultado de los datos al azar
print("\nCon resposición: se obtiene solo un resultado de los datos al azar. \nSe intenta 16 veces")
for i=1,16 do
print("Intento "..i.." >",({conReposicion(datos,acumProba(probabilidades))})[1])
end
-- sin reposición para una muestra de 2, 3 y de 5 datos = #datos
-- cuando es 5 es equivalente a permutar o barajar los datos
print("\nSin reposición: para una muestra de 3, 2, 5, 1 y 4")
local a = {3, 2, 5, 1, 4}
for _,id in pairs(a) do
print(id..">",unpack(sinReposicion(datos,probabilidades,id)))
end
-- Ejemplo de teclado virtual de banco
-- Creamos los valores de entrada, todos los números:
-- 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 tienen la misma probabilidad 1/10
local p,n={},{}
for i=1, 10 do table.insert(p,i,1/10); table.insert(n,i,i) end
n[#n]=0
-- Se permutan los números
local a = sinReposicion(n,p,10)
print("\nImprimimos teclado Virtual\n",
"\n",a[1],a[2],a[3],
"\n",a[4],a[5],a[6],
"\n",a[7],a[8],a[9],
"\n",a[10],"Ingresar"
)
Puedes ejecutar el código Lua aquí en replit
Finalmente los gráficos los realicé en R, el código fuente está en replit, pero su edición la realicé en Skitch.