Java中隨機數的產生方式與原理詳解

Java中隨機數的產生方式與原理

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首先說一下java中產生隨機數的幾種方式

1. 在j2se中我們可以使用Math.random()方法來產生一個隨機數，這個產生的隨機數是0-1之間的一個double，我們可以把他乘以100，他就是個100以內的隨機數字，這個在j2me中沒有。
2. 在java.util這個包裡面提供了一個Random的類，我們可以新建一個Random的對象來產生隨機數，他可以生產隨機整數、隨機float、隨機double、隨機long，這個也是我們在j2me的程序裡經常用的一個取隨機數的方法。
3. 在我們的System類中有一個currentTimeMillis()方法，這個方法返回一個從1970年1月1號0點0分0秒到目前的一個毫秒數，返回類型是long，我們可以拿他作為一個隨機數，我們可以拿他對一些數取模，就可以把他限制在一個範圍之內啦。

EN。 。 。其實在Random的默認構造方法裡也是使用上面第三種方法進行隨機數的產生的。

對於方法二中的Random類有兩種構建方式：帶種子和不帶種子

不帶種子：此種方式將會返回隨機的數字，每次運行結果不一樣，相當於用System.currentTimeMillis()作種子。

帶種子：此種方式，無論程序運行多少次，返回結果都是一樣的。如果用相同的種子創建兩個Random實例，則對每個實例進行相同的方法調用序列，它們將生成並返回相同的數字序列。

偽隨機數

計算機中的隨機數都是偽隨機數

下面看這樣一個C程序：

 // rand_1.cpp#include <stdlib.h>static unsigned int RAND_SEED;unsigned int random(void){ RAND_SEED = (RAND_SEED*123+59)%65536; return (RAND_SEED);}void random_start(void){ int temp[2]; movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4); RAND_SEED = temp[0];}void main(){ unsigned int i,n; random_start(); for(i=0;i<10;i++) printf("#u/t",random()); printf("/n");}

它完整地闡述了隨機數產生的過程：

首先，

movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

這個函數用來移動內存數據，其中FP_SEG（far pointer to segment）是取temp數組段地址的函數，FP_OFF（far pointer to offset）是取temp數組相對地址的函數，movedata函數的作用是把位於0040:006CH存儲單元中的雙字放到數組temp的聲明的兩個存儲單元中。這樣可以通過temp數組把0040:006CH處的一個16位的數送給RAND_SEED。
其次，

RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;

是用來計算隨機數的方法，隨機數的計算方法在不同的計算機中是不同的，即使在相同的計算機中安裝的不同的操作系統中也是不同的。我在linux和windows下分別試過，相同的隨機種子在這兩種操作系統中生成的隨機數是不同的，這說明它們的計算方法不同。

然後，

movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

隨機種子為什麼要在內存的0040:006CH處取？ 0040:006CH處存放的是什麼？

學過《計算機組成原理與接口技術》這門課的人可能會記得在編制ROM BIOS時鐘中斷服務程序時會用到Intel 8253定時/計數器，它與Intel 8259中斷芯片的通信使得中斷服務程序得以運轉，主板每秒產生的18.2次中斷正是處理器根據定時/記數器值控制中斷芯片產生的。在我們計算機的主機板上都會有這樣一個定時/記數器用來計算當前系統時間，每過一個時鐘信號周期都會使記數器加一，而這個記數器的值存放在哪兒呢？沒錯，就在內存的0040:006CH處，其實這一段內存空間是這樣定義的：

TIMER_LOW DW ? ；地址為0040:006CH
TIMER_HIGH DW ? ；地址為0040:006EH
TIMER_OFT DB ? ；地址為0040:0070H

時鐘中斷服務程序中，每當TIMER_LOW轉滿時，此時，記數器也會轉滿，記數器的值歸零，即TIMER_LOW處的16位二進制歸零，而TIMER_HIGH加一。 rand01.c中的

movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

正是把TIMER_LOW和TIMER_HIGH兩個16位二進制數放進temp數組，再送往RAND_SEED，從而獲得了“隨機種子”。
現在，可以確定的一點是，隨機種子來自系統時鐘，確切地說，是來自計算機主板上的定時/計數器在內存中的記數值。

EN...沒有最後。 。 lvl--

再看一段代碼：

 //rand_2.cpp#include <iostream>#include <cstdlib>using namespace std;int main(){ srand((unsigned)time(NULL)); unsigned int r=rand(); cout<<"r = "<<r<<endl; //根據C++ 98標準,可以不用return語句來介紹main函數return 0;}

這裡用戶和其他程序沒有設定隨機種子，則使用系統定時/計數器的值做為隨機種子，所以，在相同的平台環境下，編譯生成exe後，每次運行它，顯示的隨機數會是偽隨機數，即每次運行顯示的結果會有不同。

總結

隨機數是由隨機種子根據一定的計算方法計算出來的數值。所以，只要計算方法一定，隨機種子一定，那麼產生的隨機數就不會變。在相同的平台環境下，編譯生成exe後，每次運行它，顯示的隨機數都是一樣的。這是因為在相同的編譯平台環境下，由隨機種子生成隨機數的計算方法都是一樣的，再加上隨機種子一樣，所以產生的隨機數就是一樣的。

只要用戶或第三方不設置隨機種子，那麼在默認情況下隨機種子來自系統時鐘（即定時/計數器的值）

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