java random.nextInt的坑及解決

Posted on 2021-09-22 by WalkonNet

java random.nextInt的坑

下面的代碼

Random random = new Random();
Integer code = random.nextInt(len);

很簡單的兩句代碼，需要註意兩點

第一：nextInt的取值是[0,n) ，不包括n。如果是隨機list，直接傳list的size，不用擔心下標越界。

api說明：

Returns a pseudorandom, uniformly distributed int value between 0 (inclusive) and the specified value (exclusive)

第二個：nextInt在數據量小的時候，重復概率比較高。比如現在有一個大小為6的list，我希望隨機顯示4條且不重復。正確的做法是每次得到隨機數後，移除下標對於的對象。這樣即使random重復瞭也沒關系，因為下標對應數據移除後，同樣的下標對應的對象是不一樣的。

千萬別像我之前的做法，遍歷list，然後隨機取到下標後，再去重。這樣有時能得到4個，有時得不到。比如下標會出現 5,1,1,1，2,1.這樣的話，最終list隻會有三個。

之前一直沒有懷疑是這段代碼的問題，懷疑接口不穩定或者是數據不完整之類的。查日志還一直在看接口傳遞參數和返回參數，結果是因為對nextInt理解不深刻，在我印象中感覺randomInt是隨機數且不重復的，不過事實證明我想多瞭。

java random.nextInt()不隨機性

最近在研究算法，也寫一些小程序，其中有一個是《算法導論》中的習題：描述RANDOM(a, b)過程的一種實現，它隻調用RANDOM(0, 1)，作為a和b的函數，你的程序的期望時間運行時間是多少？

這個題在網上已經有很多人給出瞭答案

我也自己寫瞭一個算法，不過本文的主題不是針對這個問題，而是RANDOM(0, 1)的實現方法。我剛開始使用的是random.nextInt(0, 1)來取隨機的0和1，也測試瞭其“隨機性”，代碼如下：

 //用Random.nextInt(2)獲取0,1隨機數
 //獲取概率均為0.5，但不隨機
 public int randomBase0() {
  Random r = new Random();
  return r.nextInt(2);
 }

用for循環10000萬次，得到的0和1大致相當，可以得出獲得0和1的概率為0.5。但之後我就遇到瞭麻煩，我寫瞭一個方法去實現RANDOM(a, b)，例如RANDOM(0, 3)，得到的結果是：

0有8335個

1有825個

2有42個

3有798個

我的算法是

將b-a+1擴展到2的最小冪級數，如果是個數為5，則取8（2^3），如果為16，則取16（2^4），然後用分治算法獲取a與b之間的數，其中需要將大於b的數去除掉，重新獲取。

我原本以為我寫RANDOM(a, b)的算法錯瞭。後來又寫瞭一個算法，是網上很多人使用的算法，是將隨機產生的0和1拼成2進制數，然後轉換為十進制數，在一個區間內在有效，超過這個區間則排除重取。

用這個算法得到的結果與第一種算法結果相同。我隻好把第二種算法的二進制數打印出來查找原因，發現一個問題，就是0或1連續出現的概率要比0和1交叉出現的概率大，我想既然是隨機產生0和1，那這兩個生成的概率應該相同才對。

因此我得出結論，使用Random.nextInt(0, 1)獲取隨機數的概率並不隨機，原因是其生成連續相同0或1的概率與生成交叉0和1的概率不等，並且前者大於後者，盡管單獨獲取0和1的個數比相當，換句話說，用這種方法獲取0和1的事件不獨立。

驗證如下

 //檢測Random.nextInt(2)，連續獲取兩位0和1隨機數
 public int randomBaseS() {
  String s = new String(new StringBuffer().append(getBoolean()).append(getBoolean()));
  
  if("00".equals(s)){
   return 0;
  }else if("01".equals(s)){
   return 1;
  }else if("10".equals(s)){
   return 2;
  }else{
   return 3;
  }
 }
 //獲取隨機數二進制字符串
 public String getBoolean(){
  return new String(new Integer(randomBase0()).toString());
 }

使用for循環10000次，得到的計數結果如下：

“00”有4145個

“01”有928個

“10”有905個

“11”有4022個

那哪種算法能滿足要求呢？如下：

 //用Math.random()獲取0,1隨機數
 //獲取概率均為0.5，且隨機
 public int randomBase() {
  return Math.random()>0.5?1:0;
 }

以上面的方法為基礎，用for循環獲取[0, 3]之間的整數，得到的結果如下：

0有2525個

1有2551個

2有2433個

3有2491個

滿足要求，哈哈！

以上為個人經驗，希望能給大傢一個參考，也希望大傢多多支持WalkonNet。

java random.nextInt的坑及解決

目錄