Random類 (java.util)

Random類中實現(xiàn)的隨機算法是偽隨機，也就是有規(guī)則的隨機。在進行隨機時，隨機算法的起源數(shù)字稱為種子數(shù)(seed)，在種子數(shù)的基礎上進行一定的變換，從而產生需要的隨機數(shù)字。

相同種子數(shù)的Random對象，相同次數(shù)生成的隨機數(shù)字是完全相同的。也就是說，兩個種子數(shù)相同的Random對象，第一次生成的隨機數(shù)字完全相同，第二次生成的隨機數(shù)字也完全相同。這點在生成多個隨機數(shù)字時需要特別注意。

下面介紹一下Random類的使用，以及如何生成指定區(qū)間的隨機數(shù)組以及實現(xiàn)程序中要求的幾率。

1、Random對象的生成

Random類包含兩個構造方法，下面依次進行介紹：

a、public Random()

該構造方法使用一個和當前系統(tǒng)時間對應的相對時間有關的數(shù)字作為種子數(shù)，然后使用這個種子數(shù)構造Random對象。

b、public Random(long seed)

該構造方法可以通過制定一個種子數(shù)進行創(chuàng)建。

示例代碼：

Random r = new Random();

Random r1 = new Random(10);

再次強調：種子數(shù)只是隨機算法的起源數(shù)字，和生成的隨機數(shù)字的區(qū)間無關。

2、Random類中的常用方法

Random類中的方法比較簡單，每個方法的功能也很容易理解。需要說明的是，Random類中各方法生成的隨機數(shù)字都是均勻分布的，也就是說區(qū)間內部的數(shù)字生成的幾率是均等的。下面對這些方法做一下基本的介紹：

a、public boolean nextBoolean()

該方法的作用是生成一個隨機的boolean值，生成true和false的值幾率相等，也就是都是50%的幾率。

b、public double nextDouble()

該方法的作用是生成一個隨機的double值，數(shù)值介于[0,1.0)之間。

該方法的作用是生成一個隨機的int值，該值介于int的區(qū)間，也就是-231到231-1之間。

如果需要生成指定區(qū)間的int值，則需要進行一定的數(shù)學變換，具體可以參看下面的使用示例中的代碼。

d、public int nextInt(int n)

該方法的作用是生成一個隨機的int值，該值介于[0,n)的區(qū)間，也就是0到n之間的隨機int值，包含0而不包含n。

如果想生成指定區(qū)間的int值，也需要進行一定的數(shù)學變換，具體可以參看下面的使用示例中的代碼。

e、public void setSeed(long seed)

該方法的作用是重新設置Random對象中的種子數(shù)。設置完種子數(shù)以后的Random對象和相同種子數(shù)使用new關鍵字創(chuàng)建出的Random對象相同。

3、Random類使用示例

使用Random類，一般是生成指定區(qū)間的隨機數(shù)字，下面就一一介紹如何生成對應區(qū)間的隨機數(shù)字。以下生成隨機數(shù)的代碼均使用以下Random對象r進行生成：

Random r = new Random();

a、生成[0,1.0)區(qū)間的小數(shù)

double d1 = r.nextDouble();

直接使用nextDouble方法獲得。

b、生成[0,5.0)區(qū)間的小數(shù)

double d2 = r.nextDouble() * 5;

因為nextDouble方法生成的數(shù)字區(qū)間是[0,1.0)，將該區(qū)間擴大5倍即是要求的區(qū)間。

同理，生成[0,d)區(qū)間的隨機小數(shù)，d為任意正的小數(shù)，則只需要將nextDouble方法的返回值乘以d即可。

c、生成[1,2.5)區(qū)間的小數(shù)

double d3 = r.nextDouble() * 1.5 + 1;

生成[1,2.5)區(qū)間的隨機小數(shù)，則只需要首先生成[0,1.5)區(qū)間的隨機數(shù)字，然后將生成的隨機數(shù)區(qū)間加1即可。

同理，生成任意非從0開始的小數(shù)區(qū)間[d1,d2)范圍的隨機數(shù)字(其中d1不等于0)，則只需要首先生成[0,d2-d1)區(qū)間的隨機數(shù)字，然后將生成的隨機數(shù)字區(qū)間加上d1即可。

d、生成任意整數(shù)

int n1 = r.nextInt();

直接使用nextInt方法即可。

e、生成[0,10)區(qū)間的整數(shù)

int n2 = r.nextInt(10);

n2 = Math.abs(r.nextInt() % 10);

以上兩行代碼均可生成[0,10)區(qū)間的整數(shù)。

第一種實現(xiàn)使用Random類中的nextInt(int n)方法直接實現(xiàn)。

第二種實現(xiàn)中，首先調用nextInt()方法生成一個任意的int數(shù)字，該數(shù)字和10取余以后生成的數(shù)字區(qū)間為(-10,10)，然后再對該區(qū)間求絕對值，則得到的區(qū)間就是[0,10)了。

同理，生成任意[0,n)區(qū)間的隨機整數(shù)，都可以使用如下代碼：

int n2 = r.nextInt(n);

n2 = Math.abs(r.nextInt() % n);

f、生成[0,10]區(qū)間的整數(shù)

int n3 = r.nextInt(11);

n3 = Math.abs(r.nextInt() % 11);

相對于整數(shù)區(qū)間，[0,10]區(qū)間和[0,11)區(qū)間等價，所以即生成[0,11)區(qū)間的整數(shù)。

g、生成[-3,15)區(qū)間的整數(shù)

int n4 = r.nextInt(18) - 3;

n4 = Math.abs(r.nextInt() % 18) - 3;

生成非從0開始區(qū)間的隨機整數(shù)，可以參看上面非從0開始的小數(shù)區(qū)間實現(xiàn)原理的說明。

h、幾率實現(xiàn)

按照一定的幾率實現(xiàn)程序邏輯也是隨機處理可以解決的一個問題。下面以一個簡單的示例演示如何使用隨機數(shù)字實現(xiàn)幾率的邏輯。

在前面的方法介紹中，nextInt(int n)方法中生成的數(shù)字是均勻的，也就是說該區(qū)間內部的每個數(shù)字生成的幾率是相同的。那么如果生成一個[0,100)區(qū)間的隨機整數(shù)，則每個數(shù)字生成的幾率應該是相同的，而且由于該區(qū)間中總計有100個整數(shù)，所以每個數(shù)字的幾率都是1%。按照這個理論，可以實現(xiàn)程序中的幾率問題。

示例：隨機生成一個整數(shù)，該整數(shù)以55%的幾率生成1，以40%的幾率生成2，以5%的幾率生成3。實現(xiàn)的代碼如下：

int n5 = r.nextInt(100);

int m; //結果數(shù)字

if(n5 < 55){ //55個數(shù)字的區(qū)間，55%的幾率

m = 1;

}else if(n5 < 95){//[55,95)，40個數(shù)字的區(qū)間，40%的幾率

m = 2;

}else{

m = 3;

}

因為每個數(shù)字的幾率都是1%，則任意55個數(shù)字的區(qū)間的幾率就是55%，為了代碼方便書寫，這里使用[0,55)區(qū)間的所有整數(shù)，后續(xù)的原理一樣。

當然，這里的代碼可以簡化，因為幾率都是5%的倍數(shù)，所以只要以5%為基礎來控制幾率即可，下面是簡化的代碼實現(xiàn)：

int n6 = r.nextInt(20);

int m1;

if(n6 < 11){

m1 = 1;

}else if(n6 < 19){

m1= 2;

}else{

m1 = 3;

}

在程序內部，幾率的邏輯就可以按照上面的說明進行實現(xiàn)。

4、其它問題

a、相同種子數(shù)Random對象問題

前面介紹過，相同種子數(shù)的Random對象，相同次數(shù)生成的隨機數(shù)字是完全相同的，下面是測試的代碼：

Random r1 = new Random(10);

Random r2 = new Random(10);

for(int i = 0;i < 2;i++){

System.out.println(r1.nextInt());

System.out.println(r2.nextInt());

}

在該代碼中，對象r1和r2使用的種子數(shù)都是10，則這兩個對象相同次數(shù)生成的隨機數(shù)是完全相同的。

如果想避免出現(xiàn)隨機數(shù)字相同的情況，則需要注意，無論項目中需要生成多少個隨機數(shù)字，都只使用一個Random對象即可。

b、關于Math類中的random方法

其實在Math類中也有一個random方法，該random方法的工作是生成一個[0,1.0)區(qū)間的隨機小數(shù)。

通過閱讀Math類的源代碼可以發(fā)現(xiàn)，Math類中的random方法就是直接調用Random類中的nextDouble方法實現(xiàn)的。

只是random方法的調用比較簡單，所以很多程序員都習慣使用Math類的random方法來生成隨機數(shù)字。