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xuanyuanyilu
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[讨论]一般伪随机数和逼真伪随机数和真随机数

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背景:做一个抽奖程序,当时的随机算法没考虑太深,直接调用了new Random().nextInt(totalNum);然后在测试的时候发现总共1000人左右,摇出的号很多集中在600-800之间,被人说黑幕,汗一个,查找资料,重新改随机数算法,总结如下,仅代表个人意见,欢饮大家讨论
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java的Random类产生的随机数,不论是有种子还是无种子,不论是next()还是nextInt()还是...都是伪随机数,一般伪随机数,符合一定的正态分布,在某一个数字段内出现的概率会明显大于另一字段内的概率,我就很悲剧的遇上了,1000人抽选40人,600-800间的人大部分(抽了挺多次,都这样)


后来改程序,自认为实现了逼真伪随机数,就是每次都以触发时的时间毫秒数为种子,产生一个newRandom(seed),再调用nextInt(totalNum),测试发现1000人抽选40的分布比较均匀了,基本每隔100的人数都差不多。逼真是因为多了一个不确定的时间毫秒数,从而使伪随即数也有了不确定性。


至于真随机数,查找资料说是一般的计算机根本无法实现,因为一般计算机都用某种方法来创造一个随机数,这个方法肯定是确定的,所以肯定有个方法来推测出下一个随机数。(特殊计算机据说能实现) 真正的随机数要实现,只能靠人脑,比如猜猜我现在想的1000内的数是多少,我在想的这个数才是真随机数。

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欢饮各抒己见
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评论
18 楼 AllenZhang 2011-01-17  
我觉得一直以来,人都有个错误的认识,以为人脑反应出的是随机数。其实你随机100个出来看,你会发现想到的会有很多重复,或者接下来的数是按照某个规律出现的。人肉级别的随机数也是伪的。
17 楼 xuanyuanyilu 2011-01-17  
苍山洱海 写道
发现带种子的方差 比 不带种子的还要大


实践帝,拜服一个先。前面有哥们回复+我的推测(上一楼),种子相近的话,产生的随机数列的范围也会比较相近,

所以这个用时间做种子的方差会比没种子的大(我推测你用的也是1.5版本以上的JDK),因为你for循环俩时间基本变化不大,很可能相等。

而作为一个抽奖程序,现实中是抽一个大家乐呵一下再抽下一个,所以种子变化大的多。所以才能产生我说的现象吧,把时间作为种子后,产生的随机数更分布均匀了

16 楼 xuanyuanyilu 2011-01-17  
pengzhoushuo 写道
不知道你用的JDK是什么版本?
如果是1.4及以下的,那new Random() 默认就是用System.currentSystemMillions()作为种子。跟你后来改的程序是一样的。
如果是1.5及以上的,那new Random()默认是用System.currentSystemNanoTime() 再加上一个Random的static变量的值为种子,这个static你每new Random()一次,它的值便会自增1。


我用的1.6,根据你的意思加我的猜测,这个种子相近的话出现的随机数列的值的范围也相近啊,坐等高手看看
15 楼 xuanyuanyilu 2011-01-17  
jorneyR 写道
我是这样写的,当程序每次运行的时候,种子是不一样的,但是在同一个程序中,种子还是同一个,是我没有描述清楚。
import java.util.Random;

public class CommonUtil {
    private static Random rand = null;

    // 返回一个范围在[0, max)的随机数
    public static int nextInt(int max) {
        if (rand == null) {
            synchronized (CommonUtil.class) {
                if (rand == null) {
                    rand = new Random(System.currentTimeMillis());
                }
            }
        }

        return rand.nextInt(max);
    }
}


恩,这个就是后来我改的方法
14 楼 苍山洱海 2011-01-15  

used time is :162722 ms
99367	99914	100421	100049	100037	100219	100641	101093	100494	100348	99574	99810	99607	99575	99405	
99962	99912	99693	100057	99885	100097	100401	99692	99494	99711	100262	99026	99905	99420	99833	
100382	100289	100048	99960	100099	99811	100096	99949	99785	100041	99921	100264	100824	100476	100237	
100371	100100	100506	99844	100757	100200	100073	100111	99374	99867	100142	100328	99589	99523	99551	
100031	100515	99897	99675	100778	100296	100280	100508	99610	99773	98995	99145	99920	99759	99699	
100873	100811	100632	99953	99977	99843	99591	100284	99580	100251	100170	100072	99839	99448	100113	
100363	100432	99602	100506	100379	100102	99894	99476	99603	100076	100510	99983	100488	100633	100496	
99923	100487	100342	100479	99669	98791	99287	99611	100127	100079	99709	99539	100290	100342	100939	
100229	100764	99891	100290	100274	99559	99226	99634	99676	100257	99553	100116	99807	99589	99934	
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98886	99546	99379	99684	99904	99957	100083	100244	100373	100890	99770	99967	100085	100255	99941	
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99986	99668	99674	99615	99296	99952	100061	99852	99912	99595	99645	99600	99786	99837	99794	
100315	100657	100430	100361	99836	100201	100006	99048	99816	100072	99508	100275	99728	99747	100438	
101073	100382	99990	99876	100502	99990	99788	100172	99765	99394	99810	100408	99452	100128	99338	
99827	99814	100098	100138	99855	99705	99288	99461	99866	99883	99277	100104	100609	99864	100410	
100777	100642	99767	99909	99865	100153	100242	99944	99556	99720	100018	100899	100331	99905	100095	
100759	100906	100672	100544	99510	99347	99455	99854	99595	99854	100496	99902	99844	100558	100599	
99461	99903	100105	100181	99914	100370	100020	100128	99628	99773	100243	100705	100689	100447	100367	
100296	100080	99070	99965	99635	99579	99441	100138	100097	99746	99843	100206	100251	100672	100081	
99970	99929	100087	99785	99426	100194	99428	99350	100515	100822	100373	99889	100201	100720	100365	
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99912	99697	100280	99845	99801	100647	100583	100795	99792	100074	100549	100507	99563	99607	99344	
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100581	100533	100298	99981	100280	100951	100580	100400	99507	99588	99305	99897	100239	100097	100423	
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100190	100487	100536	100484	99996	99704	99844	100459	100463	99927	99703	99473	100478	99223	100035	
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99479	100153	100132	99994	99701	99414	100222	100509	100857	100440	100147	99520	99957	99999	100183	
99395	99897	100243	100029	100651	100185	99600	99981	99894	100143	100037	100639	99853	99671	99408	
99608	99838	100007	99466	100023	99470	100032	100326	99744	99699	99675	100309	100145	99892	100421	
99923	100297	100052	100433	100937	100465	100009	100041	100040	100321	99908	99931	99983	99723	100360	
100611	100489	99853	100577	99687	100339	100237	100000	99702	99114	98749	99978	99610	99902	98942	
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99836	100276	99938	100383	100197	100424	100203	99444	99342	99289	100118	99506	100010	100551	100734	
99932	100590	100307	100368	99857	100237	99765	99420	100321	99408	99597	99386	99338	100654	99914	
100635	100241	99774	99911	99752	99781	99923	99997	99868	99064	99926	100159	100720	99793	100380	
100261	99811	100304	100046	99638	99651	100419	100549	100083	99851	99883	100291	100202	100523	100928	
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100014	100124	99608	99657	99668	100934	100414	100457	100265	100403	100747	100439	100405	99772	99489	
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99259	99308	99323	100183	100167	100609	99975	99970	99614	100286	99933	100276	99887	99388	99756	
99905	99893	100052	99860	100242	100362	101219	100609	100238	100498	99664	99648	99619	100254	100226	
99804	99372	99516	99556	99766	100745	100256	99640	99883	99997	99916	99691	99462	99420	99800	
100102	100564	100956	99923	99408	100000	100306	99927	99858	100627	100134	99937	99876	99837	99693	
99727	99461	99727	100519	100653	100340	99587	99730	99816	99343	100102	99191	99792	99705	99907	
100159	100241	100198	99900	99996	100439	100863	100029	99869	99513	------------- 
方差=182477.852,标准差=427.1742642060732


13 楼 苍山洱海 2011-01-15  
种子改成 System.nanoTime()

public static void runRandom() {
		for (int i = 0; i < N*TIMES; i++)
			ary[new Random(System.nanoTime()).nextInt(N)]++;
	}


12 楼 苍山洱海 2011-01-15  
发现带种子的方差 比 不带种子的还要大
11 楼 苍山洱海 2011-01-15  
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10 楼 苍山洱海 2011-01-15  
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然后改成带种子的。
9 楼 苍山洱海 2011-01-15  
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998812 1000056 1002919 998745 995393 1000717 1000920 1000246 1003532 1000821 997424 998829 1000501 1000206 1000778 999439 995018 994455 990506 996294
1003217 999434 999189 994809 992143 1000853 1002738 1002070 1002051 1001264 996721 998013 1001375 999378 995764 994032 991192 997427 999676 1003842
1012012 1005254 1000218 1000378 999868 998278 1000362 998042 995499 999151 1001741 1001566 999618 997759 994890 998114 998029 1003639 1003922 999169
999637 1001163 1000413 1000632 1002306 1000374 998072 998894 996896 997787 1002536 999428 1000607 1000794 999044 1005135 1003408 997552 998619 995537
999224 1004033 1007218 1004986 1004572 997485 996055 1000764 1003944 999251 1000800 1000865 998677 1002392 1000659 1000257 1000180 995454 994639 994297
999423 1001498 999080 1000125 1001409 1004853 1005323 1001131 999101 999686 999443 994995 996601 1000678 997765 996211 997589 992194 995085 1003189
999739 996978 997748 1002871 1001422 999500 1001065 1002850 999990 996631 998196 1003803 1001430 998441 998977 998011 998256 1000288 996650 995623
994173 997964 996300 999159 1000498 1001548 1001817 997341 997929 1001242 1000103 999404 996696 996600 998708 1000409 1001247 1002505 999909 995645
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1001418 995379 996307 999778 996875 998109 1001581 1009720 1005920 1005769 1003054 998288 1001653 1003970 1006878 1003712 1001484 998996 1003905 1005077
1001216 1003186 1003576 998092 996493 997973 1001338 1006540 1004118 999660 1001467 999663 997569 999858 999908 996095 999777 996458 999030 1005051
1004806 1000498 1001689 1002487 999146 1001399 999562 998115 1001233 1001365 998091 1002986 1005734 998179 997213 989985 997594 1002858 999700 996348
999386 1000806 999329 1001484 1001432 1001935 998555 996675 994220 998107 1001188 1004169 999896 995759 1001847 1002901 1000147 1000069 1002172 1000423
996995 999269 1000209 1003833 1004263 999244 998104 999689 1000494 1000517 1003506 1003704 1002228 1002499 1001584 1005312 1001819 999049 997114 996608
999897 1003846 1003307 1002432 1000268 1002147 1007349 1004687 1004292 1003018 998278 1000696 1007646 1007506 1005792 1001800 999714 999656 996172 1000566
1001554 1001014 999175 998768 993791 993780 1000337 1003874 1002965 1000362 996265 996911 1001995 1002582 998585 1001308 1000696 1002459 1009062 1004599
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997449 1000691 999554 996990 996357 998127 1001545 1001236 999664 996834 994836 994782 998876 998919 1001552 1000406 995390 1005047 1008037 1006834
1001441 996228 997650 999889 1003320 999902 998953 1003188 1000090 1000182 1000273 1000142 999891 999208 995221 998861 1002926 1001964 1002243 1002688
1002904 1000741 1000253 998553 999004 999762 1001088 1002796 1003673 1005841 1002554 996239 995632 998682 997819 999959 999193 999670 1000856 1003661
1002884 1003392 1004915 1000152 997566 996934 1000864 1005418 1002754 998409 1000974 1001818 998297 998085 993108 996061 996356 989964 993227 998732
1001481 1000092 1000362 1002017 999828 1004871 1004563 1000369 999124 995217 996564 999610 1000449 1003184 1005688 996982 989973 992781 997180 999751
1000249 991956 996067 997613 999551 998584 1000792 997219 993630 998147 1000178 1003560 1006182 1000716 998577 996159 997676 1000862 999272 998101
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992501 998943 1002075 1009101 1007538 1002316 1000638 1002593 1003318 1005854 1002082 997379 996105 997612 1002470 1006293 1005802 999430 1003929 998206
998726 1000373 998709 997707 999807 999432 1001237 1005446 1002349 998531 997758 995358 993350 999675 1001871 1004405 1003615 998869 998790 1005089
1004195 999756 996875 996303 995035 1002387 1005205 1008372 1003067 994906 994170 996315 996629 998858 998881 997862 998269 1004427 1005197 1000562
986791 986793 995397 997049 1000071 1002274 998465 1003023 1000581 1001218 1000943 1003061 1000897 995794 998876 995262 996100 997218 1001491 1001629
1000142 1000273 998896 1001713 1001986 999384 998149 1000712 1001772 1003609 1002706 1001208 1001018 1002174 1001760 1001717 999011 995920 996732 998489
1002131 1003088 1002439 1003187 999466 997653 998477 996414 1002309 1001327 1004624 1006314 1006427 1002867 1001786 998733 995911 996299 998958 1000196
1000905 999201 995619 1004673 992847 990673 1006609 1006636 999351 998011 999886 1001154 1006251 1007099 1002283 998734 1000315 999750 1002164 1001533
1000212 999866 998361 999143 1005048 1000117 996803 999886 996983 998281 1000629 1001062 999633 998963 998316 995983 996249 998252 1000783 1000447
995444 997555 1002133 1001159 999416 1004602 1001940 998217 995547 994407 1003017 1005439 996900 992642 995475 998751 1003481 1005644 999814 996175
996888 993989 996524 999847 996319 995891 998863 999963 1004444 1006160 1001223 995103 994321 998549 1001742 1000656 1002493 1003224 1000064 996434
-------------
方差=1.1597439802E7,标准差=3405.5014024369448
8 楼 苍山洱海 2011-01-15  

package on201101;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Date;
import java.util.Random;

public class RandomTest {

	static final int N = 1000;
	static final int TIMES = 1000000;
	static int ary[] = new int[N];

	public static void runRandom() {
		for (int i = 0; i < N*TIMES; i++)
			ary[new Random().nextInt(N)]++;
	}

	public static void main(String[] args) {
		Date start = new Date();
		runRandom();
		System.out.println("used time is :" + (new Date().getTime() - start.getTime()) + " ms");
		printResult();
		System.out.println("------------- ");
		
		
		double d = calculateFangCha(ary);
		System.out.println("方差=" + d + ",标准差=" + Math.sqrt(d));
		
		//printPercentResult();
	}

	public static void printResult() {
		for (int i = 0; i < ary.length; i++) {
			System.out.print(ary[i] + "\t");
			if (i % 20 == 19)
				System.out.println();
		}
	}
	
	public static void printPercentResult() {
		for (int i = 0; i < ary.length; i++) {
			System.out.print(ary[i]*1.0/TIMES + "\t");
			if (i % 20 == 19)
				System.out.println();
		}
	}
	
	/**
	 * 计算方差
	 * @param nums
	 * @return
	 */
	public static double calculateFangCha(int[] nums) {
		BigDecimal total = BigDecimal.ZERO;
		BigDecimal avg = avgNum(ary);
		for (int i : nums) {
			BigDecimal temp = new BigDecimal(i).subtract(avg);
			double dtmp = Math.pow(temp.doubleValue(), 2);
			total = total.add(new BigDecimal(dtmp));
		}
		return total.divide(new BigDecimal(nums.length)).doubleValue();
	}
	
	/**
	 * 计算平均数
	 * @param nums
	 * @return
	 */
	public static BigDecimal avgNum(int[] nums) {
		long l = 0;
		for (int i : nums)
			l += i;
		return new BigDecimal(l).divide(new BigDecimal(nums.length));
	}
}

7 楼 pengzhoushuo 2011-01-15  
不知道你用的JDK是什么版本?
如果是1.4及以下的,那new Random() 默认就是用System.currentSystemMillions()作为种子。跟你后来改的程序是一样的。
如果是1.5及以上的,那new Random()默认是用System.currentSystemNanoTime() 再加上一个Random的static变量的值为种子,这个static你每new Random()一次,它的值便会自增1。
6 楼 xjtusehcy 2011-01-15  
Linux内核维护一个随机熵池。可以通过读取设备/dev/random来获得随机数。这里面获得的随机数是内核根据系统运行期间的一些随机事件确定的。比如鼠标点的位置等。随机性比较好。
5 楼 sleepinglord 2011-01-14  
伪随机数这样的问题可以去看看Knuth的那三本书,里面有一章专门讲随机数生成。

里面的关键问题是:什么样的数列是随机的数列呢?

原则上,任何一个有限长度的数列都不是随机的,无论你用什么办法生成。因为根据拉格朗日插值公式,给定一个有限长度的数列a1...an,一定可以找到一个多项式f(x),使得f(1)=a1,f(2)=a2,……f(n)=an,可以用多项式完整生成的数列怎么能称为随机的呢?但是如果承认这不是随机的,随机数列的生成就成为不可能!

数学家花了很长时间证明,某一类递推公式生成的数列看起来“非常像”随机的。这个“非常像”的定义比较复杂,不过Knuth那本书里说的还算好懂,想了解的话可以去仔细看看。
4 楼 jorneyR 2011-01-14  
我是这样写的,当程序每次运行的时候,种子是不一样的,但是在同一个程序中,种子还是同一个,是我没有描述清楚。
import java.util.Random;

public class CommonUtil {
    private static Random rand = null;

    // 返回一个范围在[0, max)的随机数
    public static int nextInt(int max) {
        if (rand == null) {
            synchronized (CommonUtil.class) {
                if (rand == null) {
                    rand = new Random(System.currentTimeMillis());
                }
            }
        }

        return rand.nextInt(max);
    }
}
3 楼 xuanyuanyilu 2011-01-14  
<div class="quote_title">jorneyR 写道</div>
<div class="quote_div">只使用一个种子,我这里1000个抽40个分页还是比较平均的。<br>如 31 : 1, 31是下标,1是被抽中的次数,这样做是为了统计,如591被抽中了两次<br><br><pre name="code" class="java">31 :1  |46 :1  |56 :1  |66 :1  |98 :1  |99 :1  |106:1  |184:1  |190:1  |207:1  |
225:1  |232:1  |238:1  |246:1  |258:1  |267:1  |323:1  |363:1  |382:1  |385:1  |
472:1  |489:1  |511:1  |518:1  |529:1  |560:1  |583:1  |591:2  |619:1  |633:1  |
654:1  |702:1  |796:1  |822:1  |841:1  |869:1  |937:1  |979:1  |990:1  |</pre>
</div>
<p><br><br>是不是我没有理解对你的意思啊,你说<span style="color: #ff0000;">只使用一个种子</span><br>若是使用种子,并且一直使用这一个种子,这个随机数序列就不会变了啊,所以这种方法是不能用的。</p>
<p> </p>
<p>
</p>
<p>
</p>
<pre name="code" class="java">public static void main(String[] args){
Random rd = new Random(47);
int randnum = 0;
for(int i=0;i&lt;40;i++){
randnum = rd.nextInt(1000);
System.out.println(randnum);
}
}</pre>
 运行这个main,每次输出都一样
2 楼 i2534 2011-01-14  
据说可以用噪音来实现逼真的伪随机.不过好像需要硬件支持.
1 楼 jorneyR 2011-01-14  
只使用一个种子,我这里1000个抽40个分页还是比较平均的。
如 31 : 1, 31是下标,1是被抽中的次数,这样做是为了统计,如591被抽中了两次

31 :1  |46 :1  |56 :1  |66 :1  |98 :1  |99 :1  |106:1  |184:1  |190:1  |207:1  |
225:1  |232:1  |238:1  |246:1  |258:1  |267:1  |323:1  |363:1  |382:1  |385:1  |
472:1  |489:1  |511:1  |518:1  |529:1  |560:1  |583:1  |591:2  |619:1  |633:1  |
654:1  |702:1  |796:1  |822:1  |841:1  |869:1  |937:1  |979:1  |990:1  |

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