导航:首页 > 知识科普 > 伪随机数生成方法有哪些

伪随机数生成方法有哪些

发布时间:2023-07-11 14:30:28

❶ 介绍java 产生随机数的两种方式

一个是使用Math.random();只能产生double的随机值
另一个是工作Random类的相关方法,有多种类型的随机值的获取方法
如nextBoolean()、
nextInt()等,具体可以参考API

什么是伪随机数与真随机数

首先需要声明的是,计算机不会产生绝对随机的随机数,计算机只能产生“伪随机数”。其实绝对随机的随机数只是一种理想的随机数,即使计算机怎样发展,它也不会产生一串绝对随机的随机数。计算机只能生成相对的随机数,即伪随机数。

伪随机数并不是假随机数,这里的“伪”是有规律的意思,就是计算机产生的伪随机数既是随机的又是有规律的。怎样理解呢?产生的伪随机数有时遵守一定的规律,有时不遵守任何规律;伪随机数有一部分遵守一定的规律;另一部分不遵守任何规律。比如“世上没有两片形状完全相同的树叶”,这正是点到了事物的特性,即随机性,但是每种树的叶子都有近似的形状,这正是事物的共性,即规律性。从这个角度讲,你大概就会接受这样的事实了:计算机只能产生伪随机数而不能产生绝对随机的随机数。

那么计算机中随机数是怎样产生的呢?有人可能会说,随机数是由“随机种子”产生的。没错,随机种子是用来产生随机数的一个数,在计算机中,这样的一个“随机种子”是一个无符号整形数。那么随机种子是从哪里获得的呢?

下面看这样一个C程序:

//rand01.c
#include<dos.h>

static unsigned int RAND_SEED;

unsigned int random(void)
{
RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;
return(RAND_SEED);
}

void random_start(void)
{
int temp[2];
movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);
RAND_SEED=temp[0];
}

main()
{
unsigned int i,n;
random_start();
for(i=0;i<10;i++)
printf("%u\t",random());
printf("\n");
}

这个程序(rand01.c)完整地阐述了随机数产生的过程:
首先,主程序调用random_start()方法,random_start()方法中的这一句我很感兴趣:

movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

这个函数用来移动内存数据,其中FP_SEG(far pointer to segment)是取temp数组段地址的函数,FP_OFF(far pointer to offset)是取temp数组相对地址的函数,movedata函数的作用是把位于0040:006CH存储单元中的双字放到数组temp的声明的两个存储单元中。这样可以通过temp数组把0040:006CH处的一个16位的数送给RAND_SEED。

random用来根据随机种子RAND_SEED的值计算得出随机数,其中这一句:

RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;

是用来计算随机数的方法,随机数的计算方法在不同的计算机中是不同的,即使在相同的计算机中安装的不同的操作系统中也是不同的。我在linux和windows下分别试过,相同的随机种子在这两种操作系统中生成的随机数是不同的,这说明它们的计算方法不同。

现在,我们明白随机种子是从哪儿获得的,而且知道随机数是怎样通过随机种子计算出来的了。那么,随机种子为什么要在内存的0040:006CH处取?0040:006CH处存放的是什么?

学过《计算机组成原理与接口技术》这门课的人可能会记得在编制ROM BIOS时钟中断服务程序时会用到Intel 8253定时/计数器,它与Intel 8259中断芯片的通信使得中断服务程序得以运转,主板每秒产生的18.2次中断正是处理器根据定时/记数器值控制中断芯片产生的。在我们计算机的主机板上都会有这样一个定时/记数器用来计算当前系统时间,每过一个时钟信号周期都会使记数器加一,而这个记数器的值存放在哪儿呢?没错,就在内存的0040:006CH处,其实这一段内存空间是这样定义的:

TIMER_LOW DW ? ;地址为 0040:006CH
TIMER_HIGH DW ? ;地址为 0040:006EH
TIMER_OFT DB ? ;地址为 0040:0070H

时钟中断服务程序中,每当TIMER_LOW转满时,此时,记数器也会转满,记数器的值归零,即TIMER_LOW处的16位二进制归零,而TIMER_HIGH加一。rand01.c中的

movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

正是把TIMER_LOW和TIMER_HIGH两个16位二进制数放进temp数组,再送往RAND_SEED,从而获得了“随机种子”。

现在,可以确定的一点是,随机种子来自系统时钟,确切地说,是来自计算机主板上的定时/计数器在内存中的记数值。这样,我们总结一下前面的分析,并讨论一下这些结论在程序中的应用:

1.随机数是由随机种子根据一定的计算方法计算出来的数值。所以,只要计算方法一定,随机种子一定,那么产生的随机数就不会变。

看下面这个C++程序:

//rand02.cpp
#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
unsigned int seed=5;
srand(seed);
unsigned int r=rand();
cout<<r<<endl;
}

在相同的平台环境下,编译生成exe后,每次运行它,显示的随机数都是一样的。这是因为在相同的编译平台环境下,由随机种子生成随机数的计算方法都是一样的,再加上随机种子一样,所以产生的随机数就是一样的。

2.只要用户或第三方不设置随机种子,那么在默认情况下随机种子来自系统时钟(即定时/计数器的值)

看下面这个C++程序:

//rand03.cpp
#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
srand((unsigned)time(NULL));
unsigned int r=rand();
cout<<r<<endl;
return 0;
}

这里用户和其他程序没有设定随机种子,则使用系统定时/计数器的值做为随机种子,所以,在相同的平台环境下,编译生成exe后,每次运行它,显示的随机数会是伪随机数,即每次运行显示的结果会有不同。

3.建议:如果想在一个程序中生成随机数序列,需要至多在生成随机数之前设置一次随机种子。

看下面这个用来生成一个随机字符串的C++程序:

//rand04.cpp
#include<iostream>
#include<time.h>
using namespace std;
int main()
{
int rNum,m=20;
char *ch=new char[m];

for ( int i = 0; i<m; i++ ){
//大家看到了,随机种子会随着for循环在程序中设置多次
srand((unsigned)time(NULL));
rNum=1+(int)((rand()/(double)RAND_MAX)*36); //求随机值
switch (rNum){
case 1: ch[i]='a';
break ;
case 2: ch[i]='b';
break ;
case 3: ch[i]='c';
break ;
case 4: ch[i]='d';
break ;
case 5: ch[i]='e';
break ;
case 6: ch[i]='f';
break ;
case 7: ch[i]='g';
break ;
case 8: ch[i]='h';
break ;
case 9: ch[i]='i';
break ;
case 10: ch[i]='j';
break ;
case 11: ch[i]='k';
break ;
case 12: ch[i]='l';
break ;
case 13: ch[i]='m';
break ;
case 14: ch[i]='n';
break ;
case 15: ch[i]='o';
break ;
case 16: ch[i]='p';
break ;
case 17: ch[i]='q';
break ;
case 18: ch[i]='r';
break ;
case 19: ch[i]='s';
break ;
case 20: ch[i]='t';
break ;
case 21: ch[i]='u';
break ;
case 22: ch[i]='v';
break ;
case 23: ch[i]='w';
break ;
case 24: ch[i]='x';
break ;
case 25: ch[i]='y';
break ;
case 26: ch[i]='z';
break ;
case 27:ch[i]='0';
break;
case 28:ch[i]='1';
break;
case 29:ch[i]='2';
break;
case 30:ch[i]='3';
break;
case 31:ch[i]='4';
break;
case 32:ch[i]='5';
break;
case 33:ch[i]='6';
break;
case 34:ch[i]='7';
break;
case 35:ch[i]='8';
break;
case 36:ch[i]='9';
break;
}//end of switch
cout<<ch[i];
}//end of for loop

cout<<endl;
return 0;
}

而运行结果显示的随机字符串的每一个字符都是一样的,也就是说生成的字符序列不随机,所以我们需要把srand((unsigned)time(NULL)); 从for循环中移出放在for语句前面,这样可以生成随机的字符序列,而且每次运行生成的字符序列会不同(呵呵,也有可能相同,不过出现这种情况的几率太小了)。
如果你把srand((unsigned)time(NULL));改成srand(2);这样虽然在一次运行中产生的字符序列是随机的,但是每次运行时产生的随机字符序列串是相同的。把srand这一句从程序中去掉也是这样。

此外,你可能会遇到这种情况,在使用timer控件编制程序的时候会发现用相同的时间间隔生成的一组随机数会显得有规律,而由用户按键command事件产生的一组随机数却显得比较随机,为什么?根据我们上面的分析,你可以很快想出答案。这是因为timer是由计算机时钟记数器精确控制时间间隔的控件,时间间隔相同,记数器前后的值之差相同,这样时钟取值就是呈线性规律的,所以随机种子是呈线性规律的,生成的随机数也是有规律的。而用户按键事件产生随机数确实更呈现随机性,因为事件是由人按键引起的,而人不能保证严格的按键时间间隔,即使严格地去做,也不可能完全精确做到,只要时间间隔相差一微秒,记数器前后的值之差就不相同了,随机种子的变化就失去了线性规律,那么生成的随机数就更没有规律了,所以这样生成的一组随机数更随机。这让我想到了各种晚会的抽奖程序,如果用人来按键产生幸运观众的话,那就会很好的实现随机性原则,结果就会更公正。

最后,我总结两个要点:
1.计算机的伪随机数是由随机种子根据一定的计算方法计算出来的数值。所以,只要计算方法一定,随机种子一定,那么产生的随机数就是固定的。
2.只要用户或第三方不设置随机种子,那么在默认情况下随机种子来自系统时钟。

❸ 生成随机数几种方式

在shell中有一个环境变量RANDOM,它的范围是0--32767

1、如果我们想要产生0-25范围内的数,如何做呢?如下:

用这个环境变量对26取模,就可以得到最小是0,最改肆伏大是25的数了。

2、如果想得到1--68范围内的数,可以这样
前面可以得到最小为0,最大为67的随机数,再加上1,很自然的就可以得到最大为1,最小为68的数了。

3、如果想得到6--87范围内的数。可以这样

前面可以得到最小为0,最大为81的随机数,再加上6,很自然的就可以得到最大为87,最小为6的数了。

通过上面三个例子,其它范围内的数一样可以用这种方法产生,总结出规律来
可以类推其它范围内数了

介绍:
1、/dev/random和/dev/urandom是Linux系统中提供的随机伪设备,这两雹悄个设备的任务,是提供永不为空的随机字节数据流。很多解密程序与安全应用程序(如SSH Keys,SSL Keys等)需要它们提供的随机数据流。

2、这两个设备的差异在于:/dev/random的random pool依赖于系统中断,因此在系统的中断数不足时,/dev/random设备会一直封锁,尝试读取的进程就会进入等待状态,直到系统的中断数充分够用, /dev/random设备可以保证数据的随机性。/dev/urandom不依赖系统的中断,也就不会造成进程忙等待,但是数据的随机性也不高。

3、dev/urandom 和dev/random,都是产生用不为空的随机字符流,区别是
/dev/random设备会封锁,直到系统产生的随机字符流已经充分够用,所以耗用时间较长
/dev/urandom设备不会封锁,数据的随机程度不高,但是一般情况已经够用

4、使用/dev/random比使用/dev/urandom产生大量随机数的速度要慢

通过过滤赛选可以取出随机数或随机字母如下
产生随机字母方式:

NbvFFlhs
[root@centos7 bin]#

产生随机数字方式

用途:
用来产生伪随机字节。随机数字产生器需要一个seed,先已经说过了,在没有/dev/srandom系统下的解决方法是自己做一个~/.rnd文件。如果该程序能让随机数字产生器很满意的被seeded。程序写回一些怪怪的东西回该文件。
用法:

选项说明:
-out file:结果输出到file中。
-rand file(s):指定随机数种子文件,多个文件间用分隔符分开,windows用“;”,OpenVMS用“,“,其他系统用“:”。
-base64:输出结果为BASE64编码数据。
-hex:输出核携结果为16进制数据。
num:随机数长度。

实例:

可以看见,这12个字节的随机数显示为乱码,可以对随机字符串进行base64编码或用hex格式显示

通过过滤赛选可以取出随机数或随机字母如下
产生随机字母方式:

产生随机数字方式

四、应用

字体加颜色
\033[33m 字符 \033[0m [[31m 字符 [[0m
随机颜色
color= RANDOM%8+31]
\033[${color}m 字符 \033[0m
存放颜色案例的文件
cat /etc/DIR_COLORS

阅读全文

与伪随机数生成方法有哪些相关的资料

热点内容
食用油哪些方法 浏览:118
健身地胶点训练方法 浏览:743
透明手机解锁方法 浏览:986
2021年智慧树教育科学研究方法试题答案 浏览:704
测量铺贴瓷砖平整度的正确方法 浏览:360
如何确定齿轮的制造方法 浏览:609
公路涵洞测量方法 浏览:638
对数方程最简单的方法 浏览:85
导泄作用的研究方法 浏览:92
生态建设的方法有哪些 浏览:570
职位评价技巧和方法 浏览:301
有治疗近视的方法吗 浏览:745
虫草花的最佳食用方法煲汤 浏览:374
宝鸡扶风种植方法 浏览:676
目前术后疼痛临床最常用的方法 浏览:967
衣柜空心横杆的正确安装方法 浏览:847
梨花烫的制作方法视频 浏览:659
人参的鉴别方法和原理 浏览:251
红米6手机麦克风权限在哪里设置方法 浏览:454
失眠晚上耳鸣最好的治疗方法 浏览:272