Генерация случайных чисел в C#
уважаемые посетители блога, если Вам понравилась, то, пожалуйста, помогите автору с лечением. Подробности тут.
Генерация случайных чисел является неотъемлемой и важной частью многих криптографических операций. Например, криптографические ключи должны выбираться настолько случайно, насколько это, в принципе, возможно. В .NET C# есть несколько вариантов генерации случайных чисел.
Класс Random
Этот класс представляет генератор псевдослучайных чисел. То есть, в работе этого класса заложен алгоритм, который генерирует последовательность чисел, отвечающую определенным статистическим критериям случайности.
Конструкторы класса Random
У класса определено два конструктора. Первый конструктор — без параметров, создает новый экземпляр класса и инициализирует его значением по умолчанию. В .NET Framework начальное значение по умолчанию зависит от текущего времени. В .NET Core и более поздних версиях платформы начальное значение по умолчанию создается генератором псевдослучайных чисел потока. Конструктор без параметров используется наиболее часто и позволяет создавать генераторы случайных чисел с оптимальной производительностью и вероятностью распределения случайной величины. Например, так мы можем создать экземпляр Random , используя этот конструктор:
Второй конструктор позволяет создавать новый экземпляр Random и инициализировать его заданным значением, например
Random rnd1 = new Random(100);
Этот конструктор стоит использовать в том случае, если Вам необходимо получать каждый раз одну и ту же серию псевдослучайных чисел, например, для отладки приложения. Чтобы продемонстрировать наглядно, что имеется в виду, напишем следующий пример:
byte[] bytes1 = new byte[5]; Random rnd1 = new Random(); rnd1.NextBytes(bytes1); for (int ctr = bytes1.GetLowerBound(0); ctr ", bytes1[ctr]); if ((ctr + 1) % 10 == 0) Console.WriteLine(); >
здесь мы создаем массив из пяти псевдослучайных байтов и выводим его в консоль. Вот, что мы можем увидеть, если перезапустим наше приложение, скажем, 3 раза:
Три запуска — три различных серии случайных чисел. Теперь воспользуемся конструктором с начальным значением и также попытаемся сформировать три серии случайных чисел:
Random rnd1 = new Random(100); //тут тот же код, что и в примере выше
Три запуска — три серии одинаковых чисел.
Вот, собственно, наглядная демонстрация того, чем принципиально отличаются конструкторы у Random .
Методы и свойства Random
Чтобы сгенерировать случайное число, у класса Random предусмотрены следующие методы:
| Метод | Описание |
|---|---|
| Next() | Возвращает неотрицательное случайное целое число. |
| Next(Int32) | Возвращает неотрицательное случайное целое число, которое меньше указанного максимального значения. |
| Next(Int32, Int32) | Возвращает случайное целое число в указанном диапазоне. |
| Next Bytes(Byte[]) | Заполняет элементы указанного массива байтов случайными числами. |
| Next Double() | Возвращает случайное число с плавающей запятой, которое больше или равно 0,0 и меньше 1,0. |
| NextSingle() | Возвращает случайное число с плавающей запятой в диапазоне от 0,0 до 1,0. |
Пример использования класса Random в приложениях C#
byte[] bytes = new byte[100];//создаем массив на 100 элементов Random rnd = new Random(); //создаем объект класса rnd1.NextBytes(bytes);//генерация 100 случайных байтов
или, если необходимо получить одно случайное число, то можно воспользоваться методами Next :
int a = rnd1.Next(); //случайное целое число int b = rnd1.Next(100);//случайное целое число меньше 100 int c = rnd1.Next(-100, 100); //случайное число от -100 до 100 Console.WriteLine(a); Console.WriteLine(b); Console.WriteLine(c);
Если вы планируете использовать объекты класса Random в потоках, то необходимо использовать потокобезопасный экземпляр, используя свойство Shared класса, например, так:
Random threadSafeRnd = Random.Shared;
Проблемы с Random
По данным разработчиков, в большинстве систем Windows объекты Random , созданные с интервалом в 15 миллисекунд друг от друга, скорее всего, будут иметь одинаковые начальные значения. Возможно, что это утверждение относится только к .NET Framework (или же информация на сайте Microsoft устарела), так как для .NET 7 пример этой проблемы, предоставленный самой Microsoft, у меня показывал абсолютно различные ряды случайных чисел, несмотря на соблюдение всех условий — создание двух экземпляров Random в течение 15 мс и менее, ряд на 100 элементов и т.д.
Класс RandomNumberGenerator
Этот класс расположен в пространстве имен System.Security.Cryptography и предназначен для создания криптографически надежных случайных значений. Класс абстрактный, поэтому создавать напрямую мы его не можем, но можем использовать классы, его реализующие, например, классом RNGCrypto Service Provider , который на данный момент не рекомендуется использовать или же, как рекомендуют разработчики из Microsoft — использовать статические методы класса. Посмотрим как работает RandomNumberGenerator .
Статические методы RandomNumberGenerator
Если не создавать наследника для RandomNumberGenerator , то для генерации случайных чисел мы можем воспользоваться следующими статическими методами класса:
| Метод | Описание |
|---|---|
| Create() | Создает экземпляр реализации по умолчанию криптографического генератора случайных чисел, позволяющего генерировать случайные данные. |
| Fill(Span) | Заполняет диапазон криптостойкими случайными байтами. |
| Get Bytes(Int32) | Создает массив байтов с криптографически строгой случайной последовательностью значений. |
| Get Int32(Int32) | Создает случайное целое число от 0 (включительно) до указанного исключенного верхнего предела, используя генератор криптостойких случайных чисел. |
| Get Int32(Int32, Int32) | Создает случайное целое число от указанного нижнего предела (включенного ) до указанного верхнего предела (исключая его), используя генератор криптостойких случайных чисел. |
Примеры использования этих методов представлены ниже:
Span bytes = new Span(bytes1); RandomNumberGenerator.Fill(bytes); bytes2 = RandomNumberGenerator.GetBytes(bytes2.Length); int a = RandomNumberGenerator.GetInt32(100); //случайное число до 100 int b = RandomNumberGenerator.GetInt32(-100, 100); //случайное число от -100 до 100
Проблемы с RandomNumberGenerator
RandomNumberGenerator использует более сложные алгоритмы для генерации случайных чисел и их последовательностей, а за качество нам приходится «платить» скоростью. Поэтому при прочих равных условиях RandomNumberGenerator будет работать всегда медленнее, чем Random . Ниже в таблице, для примера, показано время в миллисекундах которое потребовалось двум генераторам для генерации 1000 000 случайных величин
| # цикла | Random | RandomNumberGenerator |
|---|---|---|
| 1 | 9 | 187 |
| 2 | 10 | 184 |
| 3 | 9 | 182 |
Итого
Для генерации случайных чисел в C# могут использоваться два класса — Random и RandomNumberGenerator . При этом, класс Random обладает большей производительностью, однако, является менее надежным, чем RandomNumberGenerator , который использует более сложные алгоритмы генерации случайных величин и используется в работе алгоритмов шифрования.
уважаемые посетители блога, если Вам понравилась, то, пожалуйста, помогите автору с лечением. Подробности тут.
C sharp random next
- Главная
- C#
- Базовый курс C#
- Глава 1. Самое начало
- Глава 2. Основы ООП
- Глава 3. WinFroms
- Начало
- Окружение
- Структура программы
- Основы синтаксиса
- Типы данных
- Преобразование типов данных
Генерация случайных чисел в C#
Доброго времени суток! Эта статья носит практический характер и в ней я расскажу о том, как использовать генератор случайных чисел в C# и для чего это Вам может пригодиться. Хотя, если на чистоту, то речь пойдет о генераторе псевдослучайных чисел…
Где нам могут понадобиться случайные числа, да на самом деле можно привести в пример много случаев, например, криптография, или механизмы разрешения различных коллизий. Поверьте, рано или поздно Вам с такой необходимостью придется столкнуться, если уже не пришлось, раз читаете эту статью. К счастью, в C# генератор случайных чисел разработан до нас, и единственное что нам нужно будет, большинстве случаев, это просто правильно им пользоваться. И так, для генерации случайных чисел в программах, написанных на C#, предназначен класс «Random».
//Создание объекта для генерации чисел Random rnd = new Random(); //Получить очередное (в данном случае - первое) случайное число int value = rnd.Next(); //Вывод полученного числа в консоль Console.WriteLine(value);
Как видите — ничего сложного! Сначала создаем объект типа «Random», потом вызываем его метод «Next», в результате чего и получаем случайное число. Если мы вызовем метод «Next» несколько раз, то получим разные числа. Такой код, даст нам четыре разных, случайных числа:
//Создание объекта для генерации чисел Random rnd = new Random(); int value = rnd.Next(); //Получить очередное случайное число int value1 = rnd.Next(); //Получить очередное случайное число int value2 = rnd.Next(); //Получить очередное случайное число int value3 = rnd.Next(); //Получить очередное случайное число Console.WriteLine(value); //Вывод числа в консоль Console.WriteLine(value1); //Вывод числа в консоль Console.WriteLine(value2); //Вывод числа в консоль Console.WriteLine(value3); //Вывод числа в консоль
А теперь, давайте слегка усложним задачу, представим, что нам нужно получить случайное число в определенном диапазоне. Но и эта задача выполняется довольно просто:
//Создание объекта для генерации чисел Random rnd = new Random(); //Получить случайное число (в диапазоне от 0 до 10) int value = rnd.Next(0, 10); //Вывод числа в консоль Console.WriteLine(value);
Как видите, и это выполняется несложно! Для этого мы всего лишь вызвали метод «Next» с двумя параметрами, первый из которых обозначает нижнюю границу диапазона, а второй — верхнюю.
Кстати, ограничить можно только верхнюю границу диапазона, для этого нужно вызвать метод «Next» с одним параметром, который и будет обозначать верхнюю границу.
Но это ещё не всё, есть еще один важный нюанс, на самом деле генератор случайных чисел является генератором псевдослучайных чисел, т.е. числа, которые он возвращает, не являются чисто случайными, они «вырабатываются» по определенным и четким законам, а «случайность» зависит от инициализации объекта, который генерирует числа (объекта класса «Random»). В примерах, приведенных выше, мы использовали конструктор по умолчанию, и в таком случае (судя по всему), «начальное значение» задается системой, и на основании системного времени. Но мы может задавать это самое «начальное значение» и сами:
//Создание объекта для генерации чисел (с указанием начального значения) Random rnd = new Random(245); //Получить случайное число int value = rnd.Next();
Только обратите внимание, начальное значение используется для генерации чисел, а не для возвращения первого числа, т.е. первое сгенерированное число не будет тем, что указано при создании объекта.
Так вот если два (или более) разных объекта класса «Random» будут одинаково проинициализированы, то и возвращать они будут одни и те же числа, например, следующий код, выведет в консоль три одинаковых числа:
class Program < //Этот метод должен возвращать случайное значение static int GetRandom() < //Создание объекта для генерации чисел (с указанием начального значения) Random rnd = new Random(245); //Получить случайное число int value = rnd.Next(); //Вернуть полученное значение return value; >static void Main(string[] args) < //Вывод сгенерированных чисел в консоль Console.WriteLine(GetRandom()); Console.WriteLine(GetRandom()); Console.WriteLine(GetRandom()); >>
Как видите, не смотря на то, что в при каждом вызове метода «GetRandom» создается новый объект для генерации случайных чисел, инициализируются эти объекты одним и тем же значением. Так что, будьте внимательны!
- Базовый курс C#
