javascript - 可播种的 JavaScript 随机数生成器

Question

JavaScriptMath.random()函数返回一个介于 0 和 1 之间的随机值，根据当前时间自动播种（我相信类似于 Java）。但是，我认为没有任何方法可以为您设置种子。

如何制作一个可以提供自己的种子值的随机数生成器，以便我可以让它产生可重复的（伪）随机数序列？

score 147 · Accepted Answer

一种选择是http://davidbau.com/seedrandom，它是基于 RC4 的可种子 Math.random() 替代品，具有很好的特性。

score 30 · Accepted Answer

如果您不需要播种功能，只需使用Math.random()并围绕它构建辅助函数（例如randRange(start, end)）。

我不确定您使用的是什么 RNG，但最好了解并记录它，以便了解它的特性和局限性。

就像 Starkii 说的，Mersenne Twister 是一个很好的 PRNG，但实现起来并不容易。如果您想自己做，请尝试实现LCG - 它非常简单，具有不错的随机性（不如 Mersenne Twister 好），并且您可以使用一些流行的常量。

编辑：考虑这个答案中用于短种子 RNG 实现的最佳选择，包括 LCG 选项。

function RNG(seed) {
  // LCG using GCC's constants
  this.m = 0x80000000; // 2**31;
  this.a = 1103515245;
  this.c = 12345;

  this.state = seed ? seed : Math.floor(Math.random() * (this.m - 1));
}
RNG.prototype.nextInt = function() {
  this.state = (this.a * this.state + this.c) % this.m;
  return this.state;
}
RNG.prototype.nextFloat = function() {
  // returns in range [0,1]
  return this.nextInt() / (this.m - 1);
}
RNG.prototype.nextRange = function(start, end) {
  // returns in range [start, end): including start, excluding end
  // can't modulu nextInt because of weak randomness in lower bits
  var rangeSize = end - start;
  var randomUnder1 = this.nextInt() / this.m;
  return start + Math.floor(randomUnder1 * rangeSize);
}
RNG.prototype.choice = function(array) {
  return array[this.nextRange(0, array.length)];
}

var rng = new RNG(20);
for (var i = 0; i < 10; i++)
  console.log(rng.nextRange(10, 50));

var digits = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9'];
for (var i = 0; i < 10; i++)
  console.log(rng.choice(digits));

score 23 · Accepted Answer

如果您希望能够指定种子，您只需替换对getSeconds()and的调用getMinutes()。你可以传入一个 int 并使用它的一半 mod 60 作为秒值，另一半 modulo 60 给你另一部分。

话虽如此，这种方法看起来像垃圾。进行适当的随机数生成非常困难。一个明显的问题是随机数种子是基于秒和分钟的。要猜测种子并重新创建随机数流，只需要尝试 3600 种不同的秒和分钟组合。这也意味着只有 3600 种不同的可能种子。这是可以纠正的，但我从一开始就怀疑这个 RNG。

如果您想使用更好的 RNG，请尝试Mersenne Twister。这是一个经过良好测试且相当强大的 RNG，具有巨大的轨道和出色的性能。

编辑：我真的应该是正确的，并将其称为伪随机数生成器或 PRNG。

“任何使用算术方法产生随机数的人都处于犯罪状态。”
——约翰·冯·诺依曼

score 12 · Accepted Answer

我使用 Mersenne Twister 的 JavaScript 端口： https ://gist.github.com/300494 它允许您手动设置种子。此外，正如其他答案中提到的，Mersenne Twister 是一个非常好的 PRNG。

score 8 · Accepted Answer

您列出的代码有点像Lehmer RNG。如果是这种情况，则2147483647是最大的 32 位有符号整数，2147483647是最大的 32 位素数，并且48271是用于生成数字的全周期乘数。

如果这是真的，您可以修改RandomNumberGenerator以接收一个额外的参数seed，然后设置this.seed为seed; 但是您必须小心确保种子会产生良好的随机数分布（Lehmer 可能会像那样奇怪） - 但大多数种子会很好。

score 7 · Accepted Answer

下面是一个 PRNG，它可以喂一个自定义种子。调用SeedRandom将返回一个随机生成器函数。SeedRandom可以不带参数调用，以便为返回的随机函数播种当前时间，或者可以使用 1 或 2 个非负 inters 作为参数调用它，以便使用这些整数播种。由于只有 1 个值的浮点精度播种将仅允许生成器启动到 2^53 个不同状态之一。

返回的随机生成器函数接受 1 个名为limit的整数参数，limit 必须在 1 到 4294965886 的范围内，该函数将返回一个在 0 到 limit-1 范围内的数字。

function SeedRandom(state1,state2){
    var mod1=4294967087
    var mul1=65539
    var mod2=4294965887
    var mul2=65537
    if(typeof state1!="number"){
        state1=+new Date()
    }
    if(typeof state2!="number"){
        state2=state1
    }
    state1=state1%(mod1-1)+1
    state2=state2%(mod2-1)+1
    function random(limit){
        state1=(state1*mul1)%mod1
        state2=(state2*mul2)%mod2
        if(state1<limit && state2<limit && state1<mod1%limit && state2<mod2%limit){
            return random(limit)
        }
        return (state1+state2)%limit
    }
    return random
}

示例使用：

var generator1=SeedRandom() //Seed with current time
var randomVariable=generator1(7) //Generate one of the numbers [0,1,2,3,4,5,6]
var generator2=SeedRandom(42) //Seed with a specific seed
var fixedVariable=generator2(7) //First value of this generator will always be
                                //1 because of the specific seed.

该生成器具有以下特性：

它有大约 2^64 种不同的可能内部状态。
它的周期约为 2^63，比任何人在 JavaScript 程序中实际需要的周期都要多得多。
由于mod值是素数，因此无论选择何种限制，输出中都没有简单的模式。这与一些简单的 PRNG 不同，它们表现出一些非常系统的模式。
它丢弃一些结果以获得完美的分布，无论限制如何。
它相对较慢，在我的机器上每秒运行大约 10 000 000 次。

score 6 · Accepted Answer

如果您使用 Typescript 编程，我将 Christoph Henkelmann 对该线程的回答中引入的 Mersenne Twister 实现改编为 typescript 类：

/**
 * copied almost directly from Mersenne Twister implementation found in https://gist.github.com/banksean/300494
 * all rights reserved to him.
 */
export class Random {
    static N = 624;
    static M = 397;
    static MATRIX_A = 0x9908b0df;
    /* constant vector a */
    static UPPER_MASK = 0x80000000;
    /* most significant w-r bits */
    static LOWER_MASK = 0x7fffffff;
    /* least significant r bits */

    mt = new Array(Random.N);
    /* the array for the state vector */
    mti = Random.N + 1;
    /* mti==N+1 means mt[N] is not initialized */

    constructor(seed:number = null) {
        if (seed == null) {
            seed = new Date().getTime();
        }

        this.init_genrand(seed);
    }

    private init_genrand(s:number) {
        this.mt[0] = s >>> 0;
        for (this.mti = 1; this.mti < Random.N; this.mti++) {
            var s = this.mt[this.mti - 1] ^ (this.mt[this.mti - 1] >>> 30);
            this.mt[this.mti] = (((((s & 0xffff0000) >>> 16) * 1812433253) << 16) + (s & 0x0000ffff) * 1812433253)
                + this.mti;
            /* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
            /* In the previous versions, MSBs of the seed affect   */
            /* only MSBs of the array mt[].                        */
            /* 2002/01/09 modified by Makoto Matsumoto             */
            this.mt[this.mti] >>>= 0;
            /* for >32 bit machines */
        }
    }

    /**
     * generates a random number on [0,0xffffffff]-interval
     * @private
     */
    private _nextInt32():number {
        var y:number;
        var mag01 = new Array(0x0, Random.MATRIX_A);
        /* mag01[x] = x * MATRIX_A  for x=0,1 */

        if (this.mti >= Random.N) { /* generate N words at one time */
            var kk:number;

            if (this.mti == Random.N + 1)   /* if init_genrand() has not been called, */
                this.init_genrand(5489);
            /* a default initial seed is used */

            for (kk = 0; kk < Random.N - Random.M; kk++) {
                y = (this.mt[kk] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[kk + 1] & Random.LOWER_MASK);
                this.mt[kk] = this.mt[kk + Random.M] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
            }
            for (; kk < Random.N - 1; kk++) {
                y = (this.mt[kk] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[kk + 1] & Random.LOWER_MASK);
                this.mt[kk] = this.mt[kk + (Random.M - Random.N)] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
            }
            y = (this.mt[Random.N - 1] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[0] & Random.LOWER_MASK);
            this.mt[Random.N - 1] = this.mt[Random.M - 1] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];

            this.mti = 0;
        }

        y = this.mt[this.mti++];

        /* Tempering */
        y ^= (y >>> 11);
        y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680;
        y ^= (y << 15) & 0xefc60000;
        y ^= (y >>> 18);

        return y >>> 0;
    }

    /**
     * generates an int32 pseudo random number
     * @param range: an optional [from, to] range, if not specified the result will be in range [0,0xffffffff]
     * @return {number}
     */
    nextInt32(range:[number, number] = null):number {
        var result = this._nextInt32();
        if (range == null) {
            return result;
        }

        return (result % (range[1] - range[0])) + range[0];
    }

    /**
     * generates a random number on [0,0x7fffffff]-interval
     */
    nextInt31():number {
        return (this._nextInt32() >>> 1);
    }

    /**
     * generates a random number on [0,1]-real-interval
     */
    nextNumber():number {
        return this._nextInt32() * (1.0 / 4294967295.0);
    }

    /**
     * generates a random number on [0,1) with 53-bit resolution
     */
    nextNumber53():number {
        var a = this._nextInt32() >>> 5, b = this._nextInt32() >>> 6;
        return (a * 67108864.0 + b) * (1.0 / 9007199254740992.0);
    }
}

您可以按如下方式使用它：

var random = new Random(132);
random.nextInt32(); //return a pseudo random int32 number
random.nextInt32([10,20]); //return a pseudo random int in range [10,20]
random.nextNumber(); //return a a pseudo random number in range [0,1]

检查源以获取更多方法。

score 1 · Accepted Answer

这是我喜欢使用的一个非常有效但简单的 javascript PRNG 函数：

// The seed is the base number that the function works off
// The modulo is the highest number that the function can return

function PRNG(seed, modulo) {
    str = `${(2**31-1&Math.imul(48271,seed))/2**31}`
    .split('')
    .slice(-10)
    .join('') % modulo

    return str
}

我希望这就是你要找的。

score 0 · Accepted Answer

注意：此代码最初包含在上述问题中。为了使问题简短而集中，我已将其移至此社区 Wiki 答案。

我发现这段代码在乱跑，它似乎可以很好地获取一个随机数，然后使用种子，但我不太确定逻辑是如何工作的（例如，2345678901、48271 和 2147483647 数字的来源）。

function nextRandomNumber(){
  var hi = this.seed / this.Q;
  var lo = this.seed % this.Q;
  var test = this.A * lo - this.R * hi;
  if(test > 0){
    this.seed = test;
  } else {
    this.seed = test + this.M;
  }
  return (this.seed * this.oneOverM);
}

function RandomNumberGenerator(){
  var d = new Date();
  this.seed = 2345678901 + (d.getSeconds() * 0xFFFFFF) + (d.getMinutes() * 0xFFFF);
  this.A = 48271;
  this.M = 2147483647;
  this.Q = this.M / this.A;
  this.R = this.M % this.A;
  this.oneOverM = 1.0 / this.M;
  this.next = nextRandomNumber;
  return this;
}

function createRandomNumber(Min, Max){
  var rand = new RandomNumberGenerator();
  return Math.round((Max-Min) * rand.next() + Min);
}

//Thus I can now do:
var letters = ['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'];
var numbers = ['1','2','3','4','5','6','7','8','9','10'];
var colors = ['red','orange','yellow','green','blue','indigo','violet'];
var first = letters[createRandomNumber(0, letters.length)];
var second = numbers[createRandomNumber(0, numbers.length)];
var third = colors[createRandomNumber(0, colors.length)];

alert("Today's show was brought to you by the letter: " + first + ", the number " + second + ", and the color " + third + "!");

/*
  If I could pass my own seed into the createRandomNumber(min, max, seed);
  function then I could reproduce a random output later if desired.
*/

score 0 · Accepted Answer

谢谢你，@aaaaaaaaaaaa（已接受答案）

我真的需要一个好的非库解决方案（更容易嵌入）

所以...我创建了这个类来存储种子并允许Unity-esque“Next”...但保留了最初的基于整数的结果

class randS {
    constructor(seed=null) {
        if(seed!=null) {
            this.seed = seed;
        } else {
            this.seed = Date.now()%4645455524863;
        }
        this.next = this.SeedRandom(this.seed);
        this.last = 0;
    }
    Init(seed=this.seed) {
        if (seed = this.seed) {
            this.next = this.SeedRandom(this.seed);
        } else {
            this.seed=seed;
            this.next = this.SeedRandom(this.seed);
        }
    }
    SeedRandom(state1,state2){
        var mod1=4294967087;
        var mod2=4294965887;
        var mul1=65539;
        var mul2=65537;
        if(typeof state1!="number"){
            state1=+new Date();
        }
        if(typeof state2!="number"){
            state2=state1;
        }
        state1=state1%(mod1-1)+1;
        state2=state2%(mod2-1)+1;
        function random(limit){
            state1=(state1*mul1)%mod1;
            state2=(state2*mul2)%mod2;
            if(state1<limit && state2<limit && state1<mod1%limit && state2<mod2%limit){
                this.last = random;
                return random(limit);
            }
            this.last = (state1+state2)%limit;
            return (state1+state2)%limit;
        }
        this.last = random;
        return random;

    }
}

然后用这些检查它......似乎可以很好地处理随机（但可查询）的种子值（a la Minecraft），甚至存储返回的最后一个值（如果需要）

var rng = new randS(9005646549);
console.log(rng.next(20)+' '+rng.next(20)+' '+rng.next(20)+' '+rng.next(20)+' '+rng.next(20)+' '+rng.next(20)+' '+rng.next(20));
console.log(rng.next(20) + ' ' + rng.next(20) + ' ' + rng.last);

应该输出（对于每个人）

6 7 8 14 1 12 6
9 1 1

编辑：如果您需要重新设置种子或测试值，我会让 init() 工作（这在我的上下文中也是必要的）

score -3 · Accepted Answer

好的，这是我确定的解决方案。

首先，您使用“newseed()”函数创建一个种子值。然后将种子值传递给“srandom()”函数。最后，“srandom()”函数返回一个介于 0 和 1 之间的伪随机值。

关键是种子值存储在数组中。如果它只是一个整数或浮点数，则每次调用函数时都会覆盖该值，因为整数、浮点数、字符串等的值直接存储在堆栈中，而不是像数组和指针那样仅存储在堆栈中其他物体。因此，种子的价值有可能保持不变。

最后，可以定义“srandom()”函数，使其成为“Math”对象的一个方法，但我会让你自己弄清楚。;)

祝你好运！

JavaScript：

// Global variables used for the seeded random functions, below.
var seedobja = 1103515245
var seedobjc = 12345
var seedobjm = 4294967295 //0x100000000

// Creates a new seed for seeded functions such as srandom().
function newseed(seednum)
{
    return [seednum]
}

// Works like Math.random(), except you provide your own seed as the first argument.
function srandom(seedobj)
{
    seedobj[0] = (seedobj[0] * seedobja + seedobjc) % seedobjm
    return seedobj[0] / (seedobjm - 1)
}

// Store some test values in variables.
var my_seed_value = newseed(230951)
var my_random_value_1 = srandom(my_seed_value)
var my_random_value_2 = srandom(my_seed_value)
var my_random_value_3 = srandom(my_seed_value)

// Print the values to console. Replace "WScript.Echo()" with "alert()" if inside a Web browser.
WScript.Echo(my_random_value_1)
WScript.Echo(my_random_value_2)
WScript.Echo(my_random_value_3)

Lua 4（我个人的目标环境）：

-- Global variables used for the seeded random functions, below.
seedobja = 1103515.245
seedobjc = 12345
seedobjm = 4294967.295 --0x100000000

-- Creates a new seed for seeded functions such as srandom().
function newseed(seednum)
    return {seednum}
end

-- Works like random(), except you provide your own seed as the first argument.
function srandom(seedobj)
    seedobj[1] = mod(seedobj[1] * seedobja + seedobjc, seedobjm)
    return seedobj[1] / (seedobjm - 1)
end

-- Store some test values in variables.
my_seed_value = newseed(230951)
my_random_value_1 = srandom(my_seed_value)
my_random_value_2 = srandom(my_seed_value)
my_random_value_3 = srandom(my_seed_value)

-- Print the values to console.
print(my_random_value_1)
print(my_random_value_2)
print(my_random_value_3)

javascript - 可播种的 JavaScript 随机数生成器

11 回答 11

Related

Reference