igorrazin,

Имхо, MySQL - плохой инструмент для такого рода выборок.
За исключением разве что вырожденного случая, когда показываются 10 записей с минимальным счетчиком показов.

Какая нужна зависимость вероятности показа от значения счетчиков показов?

Что вероятность растет со снижением счетчика - это я понял. Но сама зависимость какая? в математическом смысле.

Тогда это вырожденный случай:

При наличии индекса по полю count_field должен быть быстрый.

И он вполне случайный. Если подходящих записей с нужным count_field будет много, то MySQL выберет среди них нужное количество на свое усмотрение.
Кроме того, эти записи получат инкремент поля count_field, и при следующем показе скорее всего уже выпадут из числа кандидатов (если, конечно, всего записей не слишком мало).