Алгоритм случайных чисел java

Генерируем случайное число Java

При разработке приложений часто нужно генерировать случайные числа. Java предоставляет для этого классы java.lang.Math и java.util.Random . В этой статье я расскажу о нескольких способах генерации случайных чисел и приведу конкретные примеры реализации.

Генерация случайных чисел с помощью класса Math

Чтобы сгенерировать случайное число Java предоставляет класс Math, доступный в пакете java.util. Этот класс содержит статичный метод Math.random(), предназначенный для генерации случайных чисел типа double .

Метод random( ) возвращает положительное число большее или равное 0,0 и меньшее 1,0. При вызове данного метода создается объект генератора псевдослучайных чисел java.util.Random.

Math.random() можно использовать с параметрами и без. В параметрах задается диапазон чисел, в пределах которого будут генерироваться случайные значения.

Пример использования Math.random():

public static double getRandomNumber()

Метод getRandomNumber( ) использует Math.random() для возврата положительного числа, которое больше или равно 0,0 или меньше 1,0 .

Результат выполнения кода:

Double between 0.0 and 1.0: SimpleRandomNumber = 0.21753313144345698

Случайные числа в заданном диапазоне

Для генерации случайных чисел в заданном диапазоне необходимо указать диапазон. Синтаксис:

(Math.random() * ((max - min) + 1)) + min

Разобьем это выражение на части:

1. Сначала умножаем диапазон значений на результат, который генерирует метод random().Math.random() * (max — min)возвращает значение в диапазоне [0 , max- min], где max не входит в заданные рамки. Например, выражение Math.random()*5 вернет значение в диапазоне [0 , 5], в который 5 не входит.
2. Расширяем охват до нужного диапазона. Это делается с помощью минимального значения.

(Math.random() * ( max - min )) + min

Но выражение по-прежнему не охватывает максимальное значение.

• Чтобы получить максимальное значение, прибавьте 1 к параметру диапазона (max — min). Это вернет случайное число в указанном диапазоне.

double x = (Math.random()*((max-min)+1))+min;

Существуют различные способы реализации приведенного выше выражения. Рассмотрим некоторые из них.

Случайное двойное число в заданном диапазоне

По умолчанию метод Math.random() при каждом вызове возвращает случайное число типа double . Например:

public static double getRandomDoubleBetweenRange(double min, double max)

Вы можете вызвать предыдущий метод из метода main, передав аргументы, подобные этому.

System.out.println("Double between 5.0 and 10.00: RandomDoubleNumber = "+getRandomDoubleBetweenRange(5.0, 10.00));

System.out.println("Double between 5.0 and 10.00: RandomDoubleNumber = "+getRandomDoubleBetweenRange(5.0, 10.00));

Случайное целое число в заданном диапазоне

Пример генерации случайного целочисленного значения в указанном диапазоне:

public static double getRandomIntegerBetweenRange(double min, double max)

Метод getRandomIntegerBetweenRange() создает случайное целое число в указанном диапазоне. Так как Math.random() генерирует случайные числа с плавающей запятой, то нужно привести полученное значение к типу int. Этот метод можно вызвать из метода main, передав ему аргументы следующим образом:

System.out.println("Integer between 2 and 6: RandomIntegerNumber highlight" data-hscroll>
Integer between 2 and 6: RandomIntegerNumber = 5
 
Примечание . В аргументах также можно передать диапазон отрицательных значений, чтобы сгенерировать случайное отрицательное число в этом диапазоне.
 
Генерация случайных чисел с помощью класса Random
 
Класс java.util.Random можно применять для генерации случайных чисел различных типов: int, float, double, long и boolean .
 
Для этого сначала создайте экземпляр класса Random, а затем вызовите один из методов генератора случайных значений: nextInt( ), nextDouble( ) или nextLong( ).
 
Метод nextInt( ) класса Random принимает граничное целое число и возвращает случайное значение int от 0 (включительно) до указанного предела (не включая).
 
Пример использования метода nextInt( ):
 
public static int generateRandomInt(int upperRange)
 
Пример использования метода nextInt ( ) для генерации целого числа в заданном диапазоне:
 
public static int generateRandomIntIntRange(int min, int max)
 
Методы nextFloat ( ) и nextDouble( ) позволяют генерировать числа с плавающей запятой, а также значения типа double в диапазоне от 0,0 до 1,0.
 
Код для использования обоих методов:
 
public static double generateRandomDouble() < Random random = new Random(); return random.nextDouble(); >public static float generateRandomFloat()
 
Генерируем случайное число в Java 8 - особенности
 
В Java 8 был представлен новый метод класса java.util.Random - ints(). Он возвращает неограниченный поток псевдослучайных значений int. Данный метод позволяет указать диапазон чисел, задав минимальное и максимальное значения.
 
Пример использования метода Random.ints() для генерации случайных целочисленных значений в указанном диапазоне:
 
public static int getRandomNumberInts(int min, int max)
 
Метод getRandomNumberInts( ) генерирует поток случайных целых чисел от min(включительно) и до max (не входит в диапазон).
 
Метод ints( ) создает IntStream, поэтому будет вызвана функция findFirst( ). Она возвращает объект OptionalInt , который описывает первый элемент этого потока. Затем код вызывает метод getAsInt( ), чтобы вернуть значение int в OptionalInt.
 
Пример использования метода Random.ints() для генерации потока случайных целочисленных значений:
 
public static void getStreamOfRandomInts(int num)
 
Код для вызова предыдущего метода:
 
System.out.println("Random int stream: RandomIntStreamofSize highlight" data-hscroll>
Random int stream: RandomIntStreamofSize = -1861317227 -1205557317 453883217 762357682 1725970934
 
Пример использования метода Random.ints() для генерации потока из диапазона случайных целочисленных значений:
 
public static void getStreamOfRandomIntsWithRange(int num, int min, int max)
 
Код для вызова приведенного выше метода:
 
System.out.println("Random int stream of specified size in range: RandomIntStreamofSizeInRange highlight" data-hscroll>
Random int stream of specified size in range: RandomIntStreamofSizeInRange = 2 2 3 4 6
 
Кроме ints( ) существует еще несколько методов, которые были добавлены к классу Random в Java 8. Они могут возвращать последовательный поток случайных чисел. Это:
 
Заключение
 
Класс java.util.Random реализует линейный конгруэнтный генератор (LCG). Он отличается быстротой работы. Но при этом он не подходит для использования в режиме реального времени. Например, для генерации уникального идентификатора сессии на сервере, в научных экспериментах, криптографии лотереях и розыгрышах.
 
Источник
 
Генерация случайных чисел
 
Класс Math библиотеки Java имеет метод random(), который генерирует случайное значение в диапазоне [0,1). Обратите внимание, что данный диапазон не включает 1 и при описании закрывается круглой скобкой. Можно ли предсказать сгенерированное значение? Теоретически возможно, но практически – это очень труднореализуемая задача. А поскольку существует небольшая вероятность предсказывания случайно-сгенерируемого значения, то такие числа принято называть не случайными, а псевдослучайными.
 
Чтобы получить псевдо-случайное число в определенном диапазоне необходимо значение метода random() умножить на величину диапазона значений. Например, необходимо генерировать значение в диапазоне от min до max. В этом случае можно использовать следующий код :
 
double d = Math.random() * (max - min) + min;
 
Допустим, что необходимо получить значение в диапазоне [1,10), где min=1, max=10 (10 исключительно)
 
Алгоритм работает следующим образом : диапазон [0;1) умножается на 9=(10-1), соответственно получаем :
 
получаем диапазон [0,9), к которому добавляем min=1. В результате имеем :
 
После подстановки значений в выражение, получим :
 
double d = Math.random() * (10 - 1) + 1;
 
Диапазон [-10, 10)
 
Чтобы получить псевдослучайное число в диапазоне от -10 до 10 (исключительно), необходимо значение Math.random() умножить на 20 и вычесть 10, как это представлено в следующем примере :
 
// после подстановки значений double d = Math.random() * (10 - (-10)) + (-10); // получаем double d = Math.random() * 20 - 10;
 
Генерирование целочисленных псевдослучайных значений
 
Для генерирования целочисленных псевдослучайных значений используется представленное выше выражение, в котором произведение «приводится» к целочисленному значению. Например, попробуем получить псевдослучайное значение в диапазоне [5,20]. Обратите внимание, что закрывающаяся скобка квадратная, т.е. 20 входит в диапазон. В этом случае к разности между максимальным и минимальным значениями следует добавить 1, т.е. определить диапазон целочисленных значений [5,21), где 21 не попадает в желаемый диапазон :
 
// после подстановки значений int i = (int)Math.random() * (20 - 5 + 1) + 5; // получаем int i = (int)Math.random() * 16 + 5;
 
Класс Random
 
В качестве генератора псевдослучайных чисел можно также использовать класс java.util.Random, имеющий два конструктора :
 
public Random(); public Random(long);
 
Поскольку Random создаёт псевдослучайное число, то определив начальное число, устанавливается начальная точка случайной последовательности, способствующая получению одинаковых случайных последовательностей. Чтобы избежать такого совпадения, обычно применяют второй конструктор с использованием в качестве инициирующего значения текущего времени. В таблице представлены наиболее часто используемые методы генератора Random :
 
 
 
Метод
 
Описание
 
 
 
boolean nextBoolean()
 
получение следующего случайного значения типа boolean
 
 
 
double nextDouble()
 
получение следующего случайного значения типа double
 
 
 
float nextFloat()
 
получение следующего случайного значения типа float
 
 
 
int nextInt()
 
получение следующего случайного значения типа int
 
 
 
int nextInt(int n)
 
получение следующего случайного значения типа int в диапазоне от 0 до n
 
 
 
long nextLong()
 
получение следующего случайного значения типа long
 
 
 
void nextBytes(byte[] buf)
 
формирование массива из случайно генерируемых значений
 
 
 
Пример получения псевдослучайного целочисленного значения с использованием класса Random :
 
Random random = new Random(); int i = random.nextInt();
 
С классом Random алгоритм получения псевдослучайного числа такой же, как и у метода random класса Math. Допустим, что нам необходимо получить случайное число в диапазоне [5,100], 100 включительно. В этом случае код может выглядеть следующим образом :
 
int min = 5; int max = 100; int diff = max - min; Random random = new Random(); int i = random.nextInt(diff + 1) + min;
 
Класс SecureRandom
 
Для криптографии следует применять класс SecureRandom, использующий криптографически сильный генератор случайных чисел (random number generator RNG).
 
В следующем примере формируется массив псевдослучайных значений типа byte :
 
SecureRandom random = new SecureRandom(); byte bytes[] = new byte[8]; random.nextBytes(bytes);
 
Этот же массив можно сформировать методом generateSeed :
 
byte seed[] = random.generateSeed(8);
 
Пример использования SecureRandom представлен на странице Симметричного шифрования.
 
Класс ThreadLocalRandom
 
В JDK 7 включен класс ThreadLocalRandom из многопоточного пакета java.util.concurrent, который следует использовать для получения псевдослучайных значений в многопоточных приложениях. Для получения экземпляра ThreadLocalRandom следует использовать статический метод current() данного класса. Пример :
 
ThreadLocalRandom random = ThreadLocalRandom.current(); System.out.println("Random values : "); System.out.println("boolean : " + random.nextBoolean()); System.out.println("int : " + random.nextInt ()); System.out.println("float : " + random.nextFloat ()); System.out.println("long : " + random.nextLong ()); System.out.println("int from 0 to 5 : " + random.nextInt(5)); System.out.println("long from 5 to 15 : " + random.nextLong(5, 15));
 
Источник