Wie Ruby Zufallszahlen generiert

Die Art und Weise, wie Ruby Zufallszahlen generiert: Rufen Sie zuerst srand an einer beliebigen Stelle am Anfang des Programms auf. Wenn Sie es dann ausführen, können Sie eine Reihe verschiedener scheinbar zufälliger Zahlen generieren.

Die Betriebsumgebung dieses Artikels: Windows 7-System, Dell G3-Computer, Ruby-Version 3.0.0.

Zufallszahlen in Ruby generieren

Es kann in Range-Programmen (normalerweise Spielen und Simulationen) verwendet werden, um Zufallszahlen zu generieren. Während kein Computer echte Zufallszahlen generieren kann, bietet Ruby Zugriff auf Methoden, die Pseudozufallszahlen zurückgeben.

Zahlen sind eigentlich nicht zufällig

Kein Computer kann rein durch Berechnung wirklich zufällige Zahlen generieren. Das Beste, was sie tun können, ist die Generierung von Pseudozufallszahlen, also einer Reihe von Zahlen, die zufällig aussehen, es aber nicht sind.

Für einen menschlichen Beobachter erscheinen diese Zahlen tatsächlich zufällig. Es gibt keine kurzen, sich wiederholenden Sequenzen, und zumindest für einen menschlichen Beobachter sind sie völlig zufällig. Mit genügend Zeit und Motivation ist es jedoch möglich, den ursprünglichen Samen zu entdecken, die Folge neu zu erstellen und die nächste Zahl in der Folge zu erraten.

Daher sollten die in diesem Artikel besprochenen Methoden wahrscheinlich nicht zur Generierung von Zahlen verwendet werden, die kryptografisch sicher sein müssen.

Wie oben erwähnt, müssen Pseudozufallszahlengeneratoren (PRNGs) geseedet werden, damit sie jedes Mal, wenn eine neue Zufallszahl generiert wird, eine andere Sequenz erzeugen. Bedenken Sie, dass keine Methode magisch ist – diese scheinbar zufälligen Zahlen werden mithilfe relativ einfacher Algorithmen und relativ einfacher Arithmetik generiert. Durch das Setzen eines PRNG können Sie jedes Mal von einem anderen Punkt aus beginnen. Wenn Sie kein Seeding vornehmen, wird jedes Mal die gleiche Zahlenfolge erzeugt.

In Ruby kann die Kernel-Methode #srand ohne Parameter aufgerufen werden. Es wählt einen Zufallszahlen-Seed basierend auf Zeit, Prozess-ID und Sequenznummer aus. Rufen Sie einfach srand an einer beliebigen Stelle am Anfang Ihres Programms auf und es generiert bei jeder Ausführung eine andere Reihe scheinbar zufälliger Zahlen. Diese Methode wird implizit aufgerufen, wenn das Programm startet und den PRNG mit der Zeit und der Prozess-ID (keine Sequenznummer) versorgt.

Zahlen generieren

Sobald das Programm läuft und der Kernel #srand implizit oder explizit aufgerufen wird, kann die Kernel #rand-Methode aufgerufen werden. Diese Methode wird ohne Parameter aufgerufen und gibt eine Zufallszahl von 0 bis 1 zurück. In der Vergangenheit wurde diese Zahl normalerweise auf die größte Zahl skaliert, die Sie generieren wollten, möglicherweise mit einem to_i-Aufruf, um sie in eine Ganzzahl umzuwandeln.

# Generate an integer from 0 to 10
puts (rand() * 10).to_i

Wenn Sie jedoch Ruby 1.9.x verwenden, macht Ruby die Sache einfacher. Die Kernel#rand-Methode kann einen einzelnen Parameter akzeptieren. Wenn dieses Argument eine Zahl eines beliebigen Typs ist, generiert Ruby eine Ganzzahl von 0 bis (ausschließlich) dieser Zahl.

# Generate a number from 0 to 10
# In a more readable way
puts rand(10)

Aber was ist, wenn Sie eine Zahl von 10 bis 15 generieren möchten? Normalerweise würden Sie eine Zahl von 0 bis 5 generieren und diese zu 10 addieren. Ruby macht es jedoch einfacher.

Sie können ein Range-Objekt an Kernel#rand übergeben und es macht genau das, was Sie erwarten würden: es generiert eine zufällige Ganzzahl im Bereich.

Achten Sie unbedingt auf den Umfang dieser beiden Typen. Wenn Sie rand(10..15) aufrufen, wird eine Zahl von 10 bis einschließlich 15 generiert. Und rand(10...15) (mit 3 Punkten) ergibt eine Zahl von 10 bis 15, ohne 15.

# Generate a number from 10 to 15
# Including 15
puts rand(10..15)

Nicht zufällige Zufallszahlen

Manchmal benötigen Sie eine Zahlenfolge, die zufällig aussieht, aber Sie müssen jedes Mal dieselbe Folge generieren. Wenn Sie beispielsweise in einem Komponententest Zufallszahlen generieren, sollten Sie jedes Mal dieselbe Zahlenfolge generieren.

Ein Komponententest, der bei einer Sequenz fehlschlägt, sollte bei der nächsten Ausführung erneut fehlschlagen, oder wenn beim nächsten Mal eine andere Sequenz generiert wird, schlägt er möglicherweise nicht fehl. Rufen Sie dazu den Kernel #srand mit einem bekannten konstanten Wert auf.

# Generate the same sequence of numbers every time
# the program is run
srand(5)
# Generate 10 random numbers
puts (0..10).map{rand(0..10)}

Beachten Sie, dass die Kernel-#rand-Implementierung nicht Ruby ist. Es abstrahiert PRNG in keiner Weise und ermöglicht auch keine Instanziierung von PRNG. Für PRNG teilt sich der gesamte Code einen globalen Status. Wenn Sie den Startwert ändern oder den Status des PRNG auf andere Weise ändern, können die Auswirkungen weitreichender sein als erwartet.

Da das Programm jedoch erwartet, dass die Ergebnisse dieser Methode zufällig sind (da dies ihr Zweck ist), stellt dies möglicherweise nie ein Problem dar. Nur wenn das Programm erwartet, eine erwartete Zahlenfolge zu sehen, beispielsweise wenn es srand mit einem konstanten Wert aufruft, wird es ein unerwartetes Ergebnis sehen.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWie Ruby Zufallszahlen generiert. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!