无偏随机整数生成器

Question

在阅读了一些帖子后，我发现在Java中使用Math.random()来生成一个整数是有偏见的。

我在这篇文章中遇到了一个算法：

Unbiased random number generator using a biased one

它生成一个介于0和1之间的无偏结果，我想在我的程序中使用它。

然而，我正在尝试在Java中创建一个介于0和某个值(例如7)之间的无偏生成器，但我不确定这个算法是否适用于一定范围的数字。

如果没有，我必须做什么才能创建一个我想要的无偏整数生成器？

Answer 1

您需要引用声称Java Math.random()有偏见的参考资料，以及具体是什么方面的偏见。这将是一个巨大的问题，因为这是Java标准库的一个非常核心的部分。

Java提供了SecureRandom，它更适合于密码强度的随机数生成。要使用它来生成一个介于0和N之间的数字，您可以使用Random.nextInt(int) documentation中提供的相同算法，但使用的是SecureRandom。

不要实现你自己的随机数生成器算法，除非你愿意不厌其烦地证明它比股票算法更好。创建一个高质量的算法是非常困难的，而且你很可能只会使问题变得更糟。

Answer 2

您可以只使用Random.nextInt(int)。根据您的需要，使用new Random().nextInt(8)。正如文档中所说的：

返回一个伪随机的、均匀分布的int值，介于0(包括)和指定的值(不包括)之间

但实际上，我认为您可以一直使用Math.random()。Its documentation says

第一次调用此方法时，它会创建一个新的伪随机数生成器，与表达式new java.util.Random完全相同

Math.random()的源代码如下：

public static double random() {
    if (randomNumberGenerator == null) initRNG();
    return randomNumberGenerator.nextDouble();
}

nextDouble的documentation还说：

返回下一个伪随机、均匀分布的双精度值，介于0.0和1.0

之间

Answer 3

我相信你误读了那些帖子，。你链接的那个，本质上是说，你不应该使用 random.nextInt() % max，，这确实是有偏见的；所以这种方法非常幼稚。但是，如果您查看文档或Javas nextInt(max)函数的源代码，就会发现它比这更聪明。可能对你来说足够公正了。了解更多关于Java API的知识，它有很多功能……

详细讨论的示例以无偏的方式生成单比特，而不是0和1之间的无偏双随机！

我不相信Java随机生成器会像你所关心的那样有本质上的偏见。但它肯定不是一个高质量的随机数，因为它需要对大多数用户来说是快速的。如果你想要一个高熵的随机数，试着使用你操作系统的高质量的随机数源。

无论哪种方式，如果你想要一个从0到7的随机数，使用从你的帖子链接的方法(这可能完全是夸大其词！)，请执行以下操作：

int bit1 = generateOneBitOfRandom();
int bit2 = generateOneBitOfRandom();
int bit3 = generateOneBitOfRandom();
int zerotoseven = (bit1 << 2) + (bit2 << 1) + bit3;

// Probably at least as good is the proper Java API:
Random random = new Random();
int zerotoseven2 = random.nextInt(8);

同样，最有可能的是，java.util.Random nextInt(8)对您来说已经足够好了。除非你在做密码学。然后，如果你的CPU或主板有这样的特性，你真的应该考虑从/dev/random读取一个字节，它可能正在访问硬件熵池(只希望其中一个不会有偏差/偏差被取消)。这很可能是Javas SecureRandom所做的。再举一个例子，说明Java API可能比您想象的要聪明得多。