Генерировать случайные числа в Java от 0 до n
В этом посте будет обсуждаться, как генерировать случайные числа в Java между 0 а также n , оба включительно.
1. Использование Random class
The Случайный класс из java.util Пакет предоставляет несколько методов для генерации случайных чисел разных типов, таких как int, double, long, boolean и т. д. Мы можем создать экземпляр этого класса и вызывать такие методы, как nextInt() , nextLong() , nextFloat() , nextDouble() , а также nextBoolean() чтобы получить псевдослучайно сгенерированное значение соответствующего типа. Эти методы могут опционально принимать аргумент и возвращать значение, равномерно распределенное между 0 и один минус указанный аргумент. Они также могут принимать диапазон чисел для генерации. Например, nextInt(n + 1) будет генерировать случайное число между 0 а также n , а также nextInt(m, n + 1) воля сгенерировать случайное число между m и n.
Генерация случайных чисел в Java
Генерация случайных чисел в Java — важная и нужная тема. Действительно, она Вам понадобится неисчислимое количество раз.
- при заполнении массива случайными числами
- при перетасовке колоды карт
- при выборе случайного элемента из последовательности
- и т.д.
Давайте же разберемся с этой темой.
Существует несколько способов как сгенерировать случайное число. В этой статье мы рассмотрим генерацию чисел с помощью Math.random()
В библиотеке классов Java есть пакет java.lang, у которого есть класс Math, а у класса Math есть метод random() . См. картинку ниже в помощь.
Так вот, при каждом вызове Math.random() c помощью специального алгоритма (за определенной инструкцией) генерируется случайное число. Можно ли предсказать какое число будет сгенерировано? Теоретически это возможно, но это очень трудно сделать. А поскольку все-таки существует небольшая вероятность предсказать, какое же число будет сгенерировано алгоритмом, такие числа принято называть не случайными, а псевдослучайными.
Вы должны знать 3 момента:
1. По умолчанию Math.random() генерирует случайные вещественные числа из промежутка [0;1), то есть от нуля включительно до 1 исключительно.
«До 1 исключительно» — это значит, что Math.random() не может сгенерировать число 1. Разве что 0,999 — то есть любое число меньше 1.Попробуйте запустить на своем компьютере вот этот код и сами увидите, что в консоль будут выводиться вещественные числа от 0 до любого числа, меньше 1.
Генерация случайных чисел в заданном диапазоне в Java
В программировании на Java очень часто возникает необходимость генерации случайных чисел. Бывает, что нужно сгенерировать случайное число в определенном диапазоне. Например, для создания игры, где генерируется случайное число от 1 до 100, и пользователь должен его угадать.
Однако, начинающие разработчики часто сталкиваются с проблемой, что при использовании стандартных методов генерации чисел в определенном диапазоне могут возникнуть ошибки. Например, генерируемое число может выходить за пределы заданного диапазона.
int randomNum = minimum + (int)(Math.random() * maximum); // Ошибка: `randomNum` может быть больше, чем `maximum`.
Или такой вариант:
Random rn = new Random(); int n = maximum - minimum + 1; int i = rn.nextInt() % n; randomNum = minimum + i; // Ошибка: `randomNum` может быть меньше, чем `minimum`.
Эффективный способ генерации случайных чисел в заданном диапазоне
Для генерации случайного числа в заданном диапазоне в Java можно использовать класс Random и его метод nextInt(int bound) . Этот метод генерирует случайное число в диапазоне от 0 (включительно) до указанного числа (исключительно).
Для генерации числа в диапазоне от minimum до maximum (включительно) можно использовать следующий код:
Random rn = new Random(); int randomNum = rn.nextInt(maximum - minimum + 1) + minimum;
В этом коде, nextInt(maximum — minimum + 1) генерирует случайное число в диапазоне от 0 до maximum — minimum , а прибавление minimum сдвигает этот диапазон так, что минимальное значение становится minimum , а максимальное — maximum .
Такой подход позволяет эффективно и без ошибок генерировать случайные числа в заданном диапазоне в Java.
Случайные числа в Java
Иногда программист сталкивается с простыми, казалось бы, задачами: «отобрать случайный фильм для вечернего просмотра из определенного списка», «выбрать победителя лотереи», «перемешать список песен при тряске смартфона», «выбрать случайное число для шифрования сообщения», и каждый раз у него возникает очень закономерный вопрос: а как получить это самое случайное число?
Вообще-то, если вам нужно получить «настоящее случайное число», сделать это довольно-таки трудно. Вплоть до того, что в компьютер встраивают специальные математические сопроцессоры, которые умеют генерировать такие числа, с выполнением всех требований к «истинной случайности».
Поэтому программисты придумали свое решение — псевдослучайные числа . Псевдослучайные числа — это некая последовательность, числа в которой на первый взгляд кажутся случайными, но специалист при детальном анализе сможет найти в них определенные закономерности. Для шифрования секретных документов такие числа не подойдут, а для имитации бросания кубика в игре — вполне.
Есть много алгоритмов генерации последовательности псевдослучайных чисел и почти все из них генерируют следующее случайное число на основе предыдущего и еще каких-то вспомогательных чисел.
Например, данная программа выведет на экран 1000 неповторяющихся чисел:
public class Main < public static int a = 41; public static int c = 11119; public static int m = 11113; public static int seed = 1; public static int getNextRandom() < seed = (a * seed + c) % m; return seed; >public static void main(String[] args) < for (int i = 0; i < 1000; i++) < System.out.println(getNextRandom()); >> >Кстати, мы говорим не о псевдослучайных числах, а именно о последовательности таких чисел. Т.к. глядя на одно число невозможно понять, случайное оно или нет.
Случайное число ведь можно получить разными способами:
public static int getRandomNumber() < return 4; // это точно случайное число (выкинул его с помощью кубиков) >2. Метод Math.random()
В Java у класса Math есть специальный метод, который возвращает случайное число. И, как вы возможно догадываетесь, метод называется random . Общий вид его вызова выглядит так:
Math.random()Этот метод не принимает никаких параметров, но возвращает результат — псевдослучайное вещественное число в диапазоне от 0 до 1 . Единица при этом в диапазон не входит.
public class Main < public static void main(String[] args) < for (int i = 0; i < 10; i++) < System.out.println(Math.random()); >> > 0.9703753971734451 0.09979423801773157 0.994048474709053 0.2852203204171295 0.13551248551226025 0.3128547131272822 0.5342480554101412 0.6817369932044817 0.1840767788961758 0.06969563435451254Но что, если вам этот метод не очень подходит, а вы хотите, допустим, написать программу, которая имитирует выбрасывание кубика с шестью гранями. Как получить случайные целые числа в диапазоне 1..6, а не вещественные в диапазоне 0..1?
Это на самом деле довольно просто.
Сначала нужно превратить диапазон [0,1) в [0, 6) . Для этого нужно просто умножить результат функции random() на 6 . Ну а чтобы получить целые числа, нужно это все округлить:
public class Main < public static int getRandomDiceNumber() < return (int) (Math.random() * 6); >public static void main(String[] args) < for (int i = 0; i < 10; i++) < int x = getRandomDiceNumber(); System.out.println(x); >> >5 2 3 3 2 4 1 1 5 0Функция getRandomDiceNumber() возвращает случайное целое число из диапазона 0..5 включительно. Только это будут не числа из набора 1,2,3,4,5,6 , а числа из набора 0,1,2,3,4,5 .
Если требуются именно числа из набора 1,2,3,4,5,6 , нужно просто ко всем случайным числам добавлять единицу:
public class Main < public static int getRandomDiceNumber() < return (int) (Math.random() * 6) + 1; >public static void main(String[] args) < for (int i = 0; i < 10; i++) < int x = getRandomDiceNumber(); System.out.println(x); >> >3 2 1 3 6 5 6 1 6 6Вот теперь идеально!
3. Класс Random
В Java есть специальный класс Random , который инкапсулирует в себе последовательность псевдослучайных чисел. Можно создать несколько объектов класса Random , и каждый из этих объектов будет генерировать свою последовательность псевдослучайных чисел.
Это очень интересный класс, и у него есть много интересных методов. Начнем с самых простых:
Метод double nextDouble()
Этот метод возвращает случайное вещественное число в диапазоне 0.0 – 1.0 . Очень похоже на метод Math.random() . И ничего удивительного, ведь метод Math.random() просто вызывает метод nextDouble() у объекта типа Random .
Метод float nextFloat()
Метод очень похож на метод nextDouble() , только возвращаемое случайное число типа float . Оно также лежит в диапазоне 0.0 – 1.0 . И, как всегда, в Java диапазон не включает число 1.0 .
Random r = new Random(); float f = r.nextFloat();Метод int nextInt(int max)
Этот метод возвращает случайное целое число в диапазоне [0, max) . 0 входит в диапазон, max — не входит.
Т.е. если вы хотите получить случайное число из набора 1, 2, 3, 4, 5, 6 , вам нужно будет прибавить к полученному случайному числу единицу:
Random r = new Random(); int x = r.nextInt(6) + 1;Метод int nextInt()
Этот метод аналогичен предыдущему, но не принимает никаких параметров. Тогда в каком же диапазоне он выдает числа? От -2 миллиарда до +2 миллиарда .
Ну или если точнее, от -2147483648 до +2147483647 .
Метод long nextLong()
Этот метод аналогичен методу nextInt() , только возвращаемое значение будет из всего возможного диапазона значений типа long .
Метод boolean nextBoolean()
Этот метод возвращает случайное значение типа boolean : false или true . Очень удобно, если нужно получить длинную последовательность случайных логических значений.
Метод void nextBytes(byte[] data)
Этот метод ничего не возвращает (тип void ). Вместо этого он заполняет переданный в него массив случайными значениями. Очень удобно, если нужен большой буфер, заполненный случайными данными.
Метод double nextGaussian()
Этот метод возвращает случайное вещественное число в диапазоне 0.0 — 1.0 . Вот только числа в этом диапазоне распределены не равномерно, а подчиняются нормальному распределению .
Числа ближе к середине диапазона ( 0.5 ) будут выпадать чаще, чем значение по краям диапазона.
Пик значений в нашем случае придется на 0.5