Java中随机数的产生方式与原理

Posted 2020-09-16 谢维开

查阅随机数相关资料，特做整理

首先说一下java中产生随机数的几种方式

1. 在j2se中我们可以使用Math.random()方法来产生一个随机数，这个产生的随机数是0-1之间的一个double，我们可以把他乘以100，他就是个100以内的随机数字，这个在j2me中没有。
2. 在java.util这个包里面提供了一个Random的类，我们可以新建一个Random的对象来产生随机数，他可以生产随机整数、随机float、随机double、随机long，这个也是我们在j2me的程序里经常用的一个取随机数的方法。
3. 在我们的System类中有一个currentTimeMillis()方法，这个方法返回一个从1970年1月1号0点0分0秒到目前的一个毫秒数，返回类型是long，我们可以拿他作为一个随机数，我们可以拿他对一些数取模，就可以把他限制在一个范围之内啦。

EN。。。其实在Random的默认构造方法里也是使用上面第三种方法进行随机数的产生的。

对于方法二中的Random类有两种构建方式：带种子和不带种子

• 不带种子：此种方式将会返回随机的数字，每次运行结果不一样，相当于用System.currentTimeMillis()作种子。
• 带种子：此种方式，无论程序运行多少次，返回结果都是一样的。如果用相同的种子创建两个Random实例，则对每个实例进行相同的方法调用序列，它们将生成并返回相同的数字序列。

伪随机数

计算机中的随机数都是伪随机数

下面看这样一个C程序：

//  rand_1.cpp
#include <stdlib.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];
}
void main()
{
    unsigned int i,n;
    random_start();
    for(i=0;i<10;i++)
          printf("#u\t",random());
    printf("\n");
}

它完整地阐述了随机数产生的过程：
首先，

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。

其次，

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。

然后，

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

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。

EN...没有最后。。lvl--
再看一段代码：

//rand_2.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int main()
{
    srand((unsigned)time(NULL));
    unsigned int r=rand();
    cout<<"r = "<<r<<endl; //根据C++ 98标准,可以不用return语句来介绍main函数
    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。

总结

• 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。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。

• 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）