java随机数生成原理 实例解析常用的java随机数生成办法

Xn+1 = (a * Xn + c) mod m

随机数是任何一种编程语言最基本的特征之一，在技术开发中应用很广泛，因为有时我们需要随机生成一个固定长度的数字、字符串亦或者是需要随机生成一个不定长度的数字、或者进行一个模拟的随机选择等。Java就为我们提供了最基本的工具，可以帮助开发者生成不同条件下需要的随机数。java中产生随机数和c的差不多，一般有两种随机数，一个是Math中random()方法，一个是Random类。不过不管是c还是java，要产生随机数都需要设置随机数种子，如果设置的是一样的话，每次获得的随机数是一样的。下面来汇总一下常见的不同类型的java随机数是如何生成的。

java产生随机数的基本方法

方法一：在j2se里我们可以使用Math.random()方法来产生一个随机数，这个产生的随机数是0-1之间的一个double，我们可以把他乘以一定的数，比如说乘以100，他就是个100以内的随机，这个在j2me中没有。

(数据类型)(最小值+Math.random()*(最大值-最小值+1))

例1:从1到10的int型随数

(int)(1+Math.random()*(10-1+1))

例2：

随机生成0~100中的其中一个数

在上面我们已经知道了Math.random()返回的只是从0到1之间的小数，如果要50到100，就先放大50倍，即0到50之间，这里还是小数，如果要整数，就强制转换int，然后再加上50即为50~100。

最终代码：

(int)(Math.random()*50) + 50

方法二：在java.util这个包里面提供了一个Random的类，我们可以新建一个Random的对象来产生随机数，他可以产生随机整数、随机float、随机double，随机long，这个也是我们在j2me的程序里经常用的一个取随机数的方法。

Random random = new Random();//默认构造方法

Random random = new Random(1000);//指定种子数字

在进行随机时，随机算法的起源数字称为种子数(seed)，在种子数的基础上进行一定的变换，从而产生需要的随机数字。

相同种子数的Random对象，相同次数生成的随机数字是完全相同的。也就是说，两个种子数相同的Random对象，第一次生成的随机数字完全相同，第二次生成的随机数字也完全相同。

例：获取[0, 100)之间的int整数。

int i2 = random.nextInt(100);

Random 的函数接口：

// 构造函数(一)： 创建一个新的随机数生成器。 
 
Random() 
// 构造函数(二)： 使用单个 long 种子创建一个新随机数生成器： public Random(long seed) { setSeed(seed); } next 方法使用它来保存随机数生成器的状态。
Random(long seed) 
 
boolean nextBoolean()     // 返回下一个“boolean类型”伪随机数。 
void  nextBytes(byte[] buf) // 生成随机字节并将其置于字节数组buf中。 
double nextDouble()     // 返回一个“[0.0, 1.0) 之间的double类型”的随机数。 
float  nextFloat()      // 返回一个“[0.0, 1.0) 之间的float类型”的随机数。 
int   nextInt()       // 返回下一个“int类型”随机数。 
int   nextInt(int n)    // 返回一个“[0, n) 之间的int类型”的随机数。 
long  nextLong()      // 返回下一个“long类型”随机数。 
  
synchronized double nextGaussian()  // 返回下一个“double类型”的随机数，它是呈高斯（“正常地”）分布的 double 值，其平均值是 0.0，标准偏差是 1.0。 
synchronized void setSeed(long seed) // 使用单个 long 种子设置此随机数生成器的种子。

Random类中的常用方法：

Random 类中的方法比较简单，每个方法的功能也很容易理解。需要说明的是，Random类中各方法生成的随机数字都是均匀分布的，也就是说区间内部的数字生成的几率是均等的。下面对这些方法做一下基本的介绍：

a 、public boolean nextBoolean()
该方法的作用是生成一个随机的boolean值，生成true和false的值几率相等，也就是都是50%的几率。

b 、public double nextDouble()
该方法的作用是生成一个随机的double值，数值介于[0,1.0)之间，这里中括号代表包含区间端点，小括号代表不包含区间端点，也就是0到1之间的随机小数，包含0而不包含1.0。

c 、public int nextInt()
该方法的作用是生成一个随机的int值，该值介于int的区间，也就是-2的31次方到2的31次方-1之间。
如果需要生成指定区间的int值，则需要进行一定的数学变换，具体可以参看下面的使用示例中的代码。

d 、public int nextInt(int n)
该方法的作用是生成一个随机的int值，该值介于[0,n)的区间，也就是0到n之间的随机int值，包含0而不包含n。
如果想生成指定区间的int值，也需要进行一定的数学变换，具体可以参看下面的使用示例中的代码。

e 、public void setSeed(long seed)
该方法的作用是重新设置Random对象中的种子数。设置完种子数以后的Random对象和相同种子数使用new关键字创建出的Random对象相同。

3 、Random类使用示例
使用Random类，一般是生成指定区间的随机数字，下面就一一介绍如何生成对应区间的随机数字。以下生成随机数的代码均使用以下Random对象r进行生成：
Random r = new Random();
a 、生成[0,1.0)区间的小数
 double d1 = r.nextDouble();

直接使用nextDouble方法获得。
b、生成[0,5.0)区间的小数
double d2 = r.nextDouble() * 5;
因为nextDouble方法生成的数字区间是[0,1.0)，将该区间扩大5倍即是要求的区间。
同理，生成[0,d)区间的随机小数，d为任意正的小数，则只需要将nextDouble方法的返回值乘以d即可。

c、生成[1,2.5)区间的小数  [n1，n2]
double d3 = r.nextDouble() * 1.5 + 1;【也就是 r.nextDouble() * (n2-n1)+n1】
生成[1,2.5)区间的随机小数，则只需要首先生成[0,1.5)区间的随机数字，然后将生成的随机数区间加1即可。
同理，生成任意非从0开始的小数区间[d1,d2)范围的随机数字(其中d1不等于0)，则只需要首先生成[0,d2-d1)区间的随机数字，然后将生成的随机数字区间加上d1即可。

d、生成任意整数
int n1 = r.nextInt();
直接使用nextInt方法即可。

e、生成[0,10)区间的整数
int n2 = r.nextInt(10);
n2 = Math.abs(r.nextInt() % 10);
以上两行代码均可生成[0,10)区间的整数。

第一种实现使用Random类中的nextInt(int n)方法直接实现。
第二种实现中，首先调用nextInt()方法生成一个任意的int数字，该数字和10取余以后生成的数字区间为(-10,10)，因为按照数学上的规定余数的绝对值小于除数，然后再对该区间求绝对值，则得到的区间就是[0,10)了。
同理，生成任意[0,n)区间的随机整数，都可以使用如下代码：
int n2 = r.nextInt(n);
n2 = Math.abs(r.nextInt() % n);

f、生成[0,10]区间的整数
int n3 = r.nextInt(11);
n3 = Math.abs(r.nextInt() % 11);
相对于整数区间，[0,10]区间和[0,11)区间等价，所以即生成[0,11)区间的整数。

g、生成[-3,15)区间的整数
int n4 = r.nextInt(18) - 3;   【也就是 r.nextInt() * (n2-n1)+n1】 n1是个负数
n4 = Math.abs(r.nextInt() % 18) - 3;    
生成非从0开始区间的随机整数，可以参看上面非从0开始的小数区间实现原理的说明。

方法三：通过System.currentTimeMillis()来获取一个当前时间毫秒数的long型数字。

通过System.currentTimeMillis()来获取随机数。实际上是获取当前时间毫秒数，它是long类型。使用方法如下：

final long l = System.currentTimeMillis();

若要获取int类型的整数，只需要将上面的结果转行成int类型即可。比如，获取[0, 100)之间的int整数。方法如下：

final long l = System.currentTimeMillis();
final int i = (int)( l % 100 );

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实例学习：

下面通过示例演示上面3种获取随机数的使用方法。 源码如下(RandomTest.java)：

import java.util.Random;
import java.lang.Math;
 

public class RandomTest{
 
  public static void main(String args[]){
 
    // 通过System的currentTimeMillis()返回随机数
    testSystemTimeMillis();
 
    // 通过Math的random()返回随机数
    testMathRandom();
 
    // 新建“种子为1000”的Random对象，并通过该种子去测试Random的API
    testRandomAPIs(new Random(1000), " 1st Random(1000)");
    testRandomAPIs(new Random(1000), " 2nd Random(1000)");
    // 新建“默认种子”的Random对象，并通过该种子去测试Random的API
    testRandomAPIs(new Random(), " 1st Random()");
    testRandomAPIs(new Random(), " 2nd Random()");
  }
 
  
  private static void testSystemTimeMillis() {
    // 通过
    final long l = System.currentTimeMillis();
    // 通过l获取一个[0, 100)之间的整数
    final int i = (int)( l % 100 );
 
    System.out.printf("n---- System.currentTimeMillis() ----n l=%s i=%sn", l, i);
  }
 
  
  private static void testMathRandom() {
    // 通过Math的random()函数返回一个double类型随机数，范围[0.0, 1.0)
    final double d = Math.random();
    // 通过d获取一个[0, 100)之间的整数
    final int i = (int)(d*100);
 
    System.out.printf("n---- Math.random() ----n d=%s i=%sn", d, i);
  }
 
 
  
  private static void testRandomAPIs(Random random, String title) {
    final int BUFFER_LEN = 5;
 
    // 获取随机的boolean值
    boolean b = random.nextBoolean();
    // 获取随机的数组buf[]
    byte[] buf = new byte[BUFFER_LEN];
    random.nextBytes(buf);
    // 获取随机的Double值，范围[0.0, 1.0)
    double d = random.nextDouble();
    // 获取随机的float值，范围[0.0, 1.0)
    float f = random.nextFloat();
    // 获取随机的int值
    int i1 = random.nextInt();
    // 获取随机的[0,100)之间的int值
    int i2 = random.nextInt(100);
    // 获取随机的高斯分布的double值
    double g = random.nextGaussian();
    // 获取随机的long值
    long l = random.nextLong();
 
    System.out.printf("n---- %s ----nb=%s, d=%s, f=%s, i1=%s, i2=%s, g=%s, l=%s, buf=[",
        title, b, d, f, i1, i2, g, l);
    for (byte bt:buf) 
      System.out.printf("%s, ", bt);
    System.out.println("]");
  }

实例2：

问题：生成(－10,10)之间的保留小数点后两位数的随机数。

解决方法：
1.java中随机数生成函数Random r=new Random(); r.nextFloat();//生成(0,1)之间的浮点型随机数。将上述随机数乘以10，得到生成(0,10)之间的随机数。
2.生成一个Boolean型的随机数用于控制数的正负：r.nextBoolean();
3.保留小数位数两位的方法：Math.floor(n*100+0.5)/100;得到的数为double型。

代码如下：

import java.util.*;
　　public class CreateRandom {
　　　public float numRandom(){
　　　　float num;
　　　　Random r=new Random();
　　　　float value = (float) (Math.floor(r.nextFloat()*1000+0.5)/100);
　　　　Boolean b = r.nextBoolean();
　　　　if(b){
　　　　　num = value;
　　　　　}
　　　　else{
　　　　　num=0-value;
　　　　　}
　　　　return num;
　　　　}
　　　 public static void main(String[] args) {
　　　　 CreateRandom cr = new CreateRandom();
　　　　 float num = cr.numRandom();
　　　　 System.out.print(num);
　　　　}
　　}

实例3：

Java生成随机无重复随机数，使用ArrayList实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;


public class Demo {
	public static void main(String[] args) {
		int length = 50; // 50个随机数
		Random random = new Random();
		ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

		for (int i = 0; i < length; i++) {
			int number = random.nextInt(100) + 1; // 1-100的随机数（此处100必须比length大，否则会死循环）
			if (!list.contains(number)) {
				list.add(number);
			} else {
				i--; // 保证生成的随机数个数足够，防止有重复随机数时造成空位
			}
		}

		for (int i = 0; i < length; i++) {
			System.out.print(list.get(i) + "t");

			if ((i + 1) % 10 == 0) {
				System.out.println("");
			}
		}
	}
}

实例4：

java生成固定位数的密码随机数代码  

public class RandomPassword {


public static void main(String[] args) {
   System.out.println(genRandomNum(10));
}


public static String genRandomNum(int pwd_len) {
   // 35是因为数组是从0开始的，26个字母+10个数字
   final int maxNum = 36;
   int i; // 生成的随机数
   int count = 0; // 生成的密码的长度
   char[] str = { "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g", "h", "i", "j", "k", "l", "m", "n", "o", "p", "q", "r", "s", "t", "u", "v", "w", "x", "y", "z", "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8",
     "9" };

   StringBuffer pwd = new StringBuffer("");
   Random r = new Random();
   while (count < pwd_len) {
    // 生成随机数，取绝对值，防止生成负数，

    i = Math.abs(r.nextInt(maxNum)); // 生成的数最大为36-1
   
    if (i >= 0 && i < str.length) {
     pwd.append(str[i]);
     count++;
    }
   }

   return pwd.toString();
}
}

实例5：

Java生成带权重的随机数

package test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Random;

//带权重的随机数
//面试的时候面试官问道一个这样的问题
//A、B、C三个字符分别出现的概率是30%,40%,30%
//分析：首先1-100随机产生一个数，判断这个数，1-30出现的概率是30%， 31—70出现的概率是40%， 71-100出现的概率是30%
public class WeightRandom {

	public static void main(String[] args) {
		Random ran = new Random();
	    String str=getWanfei(ran.nextInt(100));
	    Map<String,Object> map = new HashMap<String,Object>();
	    map.put("key","A");
	    map.put("value","30");
	    Map<String,Object> map1 = new HashMap<String,Object>();
	    map.put("key","B");
	    map.put("value","70");
	    List<Map<String,Object>> list = new ArrayList<Map<String,Object>>();
	    list.add(map);
	    list.add(map1);
	    System.out.println(  getWeight(list,ran.nextInt(100)));
	}
	//知道权重的情况下
   public static String getWanfei(int num){
	   if(num>=1 && num<=30){
		   return "A";
	   }else if(num>=31 && num<70){
		   return "B";
	   }else{
		   return "C";
	   }
   }
   
   //如果A、B、C的个数不确定 ，权重的总数也也不确定
   
   public static String getWeight(List<Map<String,Object>> list,int ran){
	 //map里放的是a,b,c 值，和每个a、b、c对应的权重
	   int sum=0;
	   int total = list.size();
	   for(int i=0;i<total;i++){
		  sum+=Integer.parseInt(list.get(i).get("value").toString());
		  if(ran<=sum){
			  return list.get(i).get("key").toString();
		  }
	   }
	   return null;
	 }
}