數(shù)字實(shí)際上不是隨機(jī)的

沒(méi)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)能純粹通過(guò)計(jì)算產(chǎn)生真正的隨機(jī)數(shù)。它們能做的最好的事情就是生成偽隨機(jī)數(shù)，偽隨機(jī)數(shù)是一組看起來(lái)隨機(jī)但實(shí)際上不是隨機(jī)的數(shù)字。

對(duì)于人類觀察者來(lái)說(shuō)，這些數(shù)字確實(shí)是隨機(jī)的。不會(huì)有短的重復(fù)序列，而且，至少對(duì)人類觀察者來(lái)說(shuō)，它們是完全隨機(jī)的。但是，如果有足夠的時(shí)間和動(dòng)機(jī)，就可以發(fā)現(xiàn)原始種子，重新創(chuàng)建序列，并猜測(cè)序列中的下一個(gè)數(shù)字。

因此，本文中討論的方法可能不應(yīng)該用于生成必須加密安全的數(shù)字。

如上所述，必須對(duì)偽隨機(jī)數(shù)生成器(PRNGs)進(jìn)行播種，以便每次生成新的隨機(jī)數(shù)時(shí)產(chǎn)生不同的序列。請(qǐng)記住，沒(méi)有一種方法是神奇的——這些看似隨機(jī)的數(shù)字是用相對(duì)簡(jiǎn)單的算法和相對(duì)簡(jiǎn)單的算術(shù)生成的。通過(guò)播種PRNG，每次都可以從不同的點(diǎn)開(kāi)始。如果你不播種，它每次都會(huì)產(chǎn)生相同的數(shù)字序列。

在Ruby中，可以不帶參數(shù)地調(diào)用內(nèi)核#srand方法。它將根據(jù)時(shí)間、進(jìn)程ID和序列號(hào)選擇隨機(jī)數(shù)種子。只需在程序開(kāi)始時(shí)在任何地方調(diào)用srand，每次運(yùn)行它時(shí)都會(huì)生成一系列不同的看似隨機(jī)的數(shù)字。當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)隱式地調(diào)用此方法，并使用時(shí)間和進(jìn)程ID(無(wú)序列號(hào))播種PRNG。

生成數(shù)字

一旦程序運(yùn)行并且內(nèi)核#srand被隱式或顯式地調(diào)用，就可以調(diào)用內(nèi)核#rand方法。這個(gè)方法調(diào)用時(shí)沒(méi)有參數(shù)，它將返回一個(gè)從0到1的隨機(jī)數(shù)。在過(guò)去，這個(gè)數(shù)字通常被縮放到您希望生成的最大數(shù)字，也許to_i調(diào)用它來(lái)將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)。

# Generate an integer from 0 to 10
puts (rand() * 10).to_i

然而，如果您使用Ruby 1.9.x, Ruby會(huì)使事情變得更簡(jiǎn)單。Kernel#rand方法可以接受單個(gè)參數(shù)。如果這個(gè)參數(shù)是任何類型的數(shù)字，Ruby將生成一個(gè)從0到(不包括)那個(gè)數(shù)字的整數(shù)。

# Generate a number from 0 to 10
# In a more readable way
puts rand(10)

但是，如果您想要生成一個(gè)從10到15的數(shù)字呢?通常，您會(huì)生成一個(gè)從0到5的數(shù)字，并將其添加到10。然而，Ruby使它更容易。

您可以將一個(gè)Range對(duì)象傳遞給Kernel#rand，它的作用正如您所期望的:在該范圍內(nèi)生成一個(gè)隨機(jī)整數(shù)。

一定要注意這兩種類型的范圍。如果調(diào)用rand(10..15)，就會(huì)生成一個(gè)從10到15的數(shù)字，包括15。而蘭德(10…15)(有3個(gè)點(diǎn))將產(chǎn)生一個(gè)從10到15的數(shù)字，不包括15。

# Generate a number from 10 to 15
# Including 15
puts rand(10..15)

非隨機(jī)隨機(jī)數(shù)

有時(shí)您需要一個(gè)看起來(lái)隨機(jī)的數(shù)字序列，但每次都需要生成相同的序列。例如，如果在單元測(cè)試中生成隨機(jī)數(shù)，那么每次都應(yīng)該生成相同的數(shù)字序列。

在一個(gè)序列上失敗的單元測(cè)試在下一次運(yùn)行時(shí)應(yīng)該會(huì)再次失敗，如果下一次它生成了一個(gè)不同的序列，那么它可能不會(huì)失敗。為此，使用一個(gè)已知的常量值調(diào)用內(nèi)核#srand。

# Generate the same sequence of numbers every time
# the program is run
srand(5)
# Generate 10 random numbers
puts (0..10).map{rand(0..10)}

注意，內(nèi)核#rand的實(shí)現(xiàn)是非ruby的。它不以任何方式抽象PRNG，也不允許實(shí)例化PRNG。對(duì)于PRNG，所有代碼共享一個(gè)全局狀態(tài)。如果您更改種子或以其他方式更改PRNG的狀態(tài)，其影響范圍可能比您預(yù)期的更廣。

然而，由于程序期望這個(gè)方法的結(jié)果是隨機(jī)的(因?yàn)檫@是它的目的)，這可能永遠(yuǎn)不會(huì)成為問(wèn)題。只有當(dāng)程序期望看到一個(gè)預(yù)期的數(shù)字序列時(shí)，例如它調(diào)用了一個(gè)具有常量值的srand，它才會(huì)看到意外的結(jié)果。