Java的随机函数可以为零吗？答案

【问题标题】：Can Java's random function be zero?Java的随机函数可以为零吗？
【发布时间】：2010-06-17 20:53:22
【问题描述】：

出于好奇，Math.random() 可以为零吗？

例如，如果我有：

while (true){
  if (Math.random() == 0)
    return 1;
}

我真的会得到一个回报吗？还需要考虑舍入误差，因为 Math.random() 返回一个双精度值。

我问是因为我的 CS 教授说 random() 从 0 到 1 包括在内，我一直认为它是排他的。

【问题讨论】：

您的 CS 教授是在谈论 Java，还是在谈论一个等分布的纯数学随机函数？因为这样的函数，对于从 0 到 1 的实数，没有任何概率为 0。也不是 1。也不是 0.5：概率只能分配给一个区间。但这对于我们在 Java 中的离散数字范围当然不是真的......（我敢肯定，这就是他的意思；）
只需检查 Math.random() 的文档，它会指示它是包含还是独占。
顺便说一句，这里没有舍入错误。你只会得到一个double，其尾数中有 53 个均匀分布的伪随机位。
这篇文章在一个关于 Minecraft 错误的 YT 视频中得到推荐：youtube.com/watch?v=JFHGiv6qeX8
我想我实际上得到了一次零。我正在编写一个脚本以随机速度移动一系列圆圈，而其中一个恰好在周围的混乱中静止

标签： java random

【解决方案1】：

是的，它真的可以。 Math.random() 使用种子 (System.currentTimeMillis() ^ 0x5DEECE66DL) & ((1L << 48) - 1) 创建一个全局 java.util.Random-generator 并为其调用 nextDouble()。如果它的种子达到状态107048004364969L（它会，因为java.util.Random 有完整的周期），生成的下一个double 将是0.0。尽管运气不好，您最终可能会在周期中得到错误的奇偶校验，因为 Random.nextDouble() 将状态推进两次。如果运气差一点，您可能不得不在循环终止之前生成 2^47 个随机数，因为我没有找到任何其他提供 0.0 的种子。

种子像seed = (seed * 0x5DEECE66DL + 0xBL) & ((1L << 48) - 1);一样前进使用两个连续种子值的 26 和 27 高位生成双精度。在示例中，接下来的两个种子值将是 0L 和 11L。

如果您设法使用System.currentTimeMillis()==107038380838084L 创建全局生成器，您的代码会立即返回。您可以使用以下方法进行模拟：

java.util.Random k = new java.util.Random(107038380838084L); System.out.println(k.nextDouble()==0);

【讨论】：

而且，如果您认为在下一次尝试中击中零看起来太可疑，请使用new java.util.Random(164311266871034L)，您将在两次尝试中击中它。或new java.util.Random(240144965573432L)，然后尝试三下。或new java.util.Random(881498)，在调用nextDouble 376050 次后你会得到一个零。
这应该是公认的答案。该问题询问 java 的 Math.random，它（第一次调用时）创建一个新的伪随机数生成器，就像通过表达式 new java.util.Random() 一样，然后又将其用作 Random.nextDouble()，此后所有调用 Math.random() . nextDouble() 工作方式为：return (((long)next(26) << 27) + next(27)) / (double)(1L << 53);（在早期的 Java 版本中错误地为：return (((long)next(27) << 27) + next(27)) / (double)(1L << 54);）。这里next返回请求的最高位(int)(seed >>> (48 - bits))。
如果有人想试试这个，请在 29.11.5361 的 3:33:58.084 运行你的程序。只是需要一点等待。实际上，我不知道那天会有多少程序做一些意想不到的事情。这就像2038年的问题。除了我非常怀疑System.currentTimeMillis 是否仍会在 5361 中以当前形式使用。

【解决方案2】：

根据the documentation，“返回一个带正号的双精度值，大于或等于 0.0 且小于 1.0。”这意味着它可以为零。

作为Hank wrote，它在上边界上是唯一的（永远不能是1），所以也许这就是你的困惑的来源:-)。

【讨论】：

【解决方案3】：

它很可能永远不会完全返回零。 Java 包含的 PRNG 是一个 48 位 LCG，其中仅使用了 32 位。要使 double 尾数的所有 53 位为零，您基本上需要至少一个调用 next() ，其中高 32 位为零，而另一个大部分为 0。（如果我没记错的话，我会说发电机的工作方式永远不会发生这种情况，但已经晚了，我累了，我不会赌太多。）

由于方法文档明确说明了如何获得随机数，因此 Java 运行时的其他实现也几乎没有余地来产生不同的结果。合约可能会说你得到的数字来自 [0, 1)。但在实践中，有很多值你永远不会命中（因为你需要来自生成器的两个连续值，它强制在连续值之间产生线性依赖关系——只有 48 位状态。你不能生成所有不同的53 位组合——至少不是它是如何完成的。）。

当然，由于Math.random() 自动为静态Random 实例播种，我们可能还必须在此处考虑种子，可能需要非常具体才能使测试用例解决.这可能意味着那个确切的时间点可能在几十年或几千年后。

【讨论】：

作为一个实际的反例，Angs 的answer below 显示了一个特定的 PRNG 状态，其中生成器将完全返回 next()s 的组合。

【解决方案4】：

它包括零，不包括一，例如，[0, 1) 或 0 <= x < 1，具体取决于您喜欢哪种表示法。

【讨论】：

【解决方案5】：

理论上，它可以返回零值。

实际上，您可能需要等待很长时间才能准确地归零。如果随机数生成器实现得好，它至少有 56 位的内部状态（否则返回结果的所有位都不会是随机的）。这意味着，如果随机产生的值的分布是平坦的，那么您最多有 2^56 次机会取回一个所有位都为零的值。大约是 10^-19。我不会屏住呼吸。

（其他人正确地观察到，正如记录的那样，理论上 [可能在实践中] 它不能返回值 1.0）。

【讨论】：

您可以为 56 位内部状态的任意组合设置相同的情况。如果随机数生成器实现得好，返回零的机会应该与任何其他离散双精度相同。
@Gilbert：同意，但问题是“可以为零吗？”
Java 使用 48 位 LCG，其中仅使用了 32 位。 nextLong() 的文档中也指出了这一点，它只是无法生成所有可能的 long 值。 doubles 也是如此（显然）。
@Johannes：好的，所以随机数并不像它们可能的那样随机（32 位而不是 56 位）。似乎是一个非常愚蠢的实现；不是很随机的随机数生成器有什么意义？仍然只有 2^32 中的 1 次机会，或者不到十亿分之一。
几十年来人们一直在构建随机数生成器；当我在 70 年代的数值算法课上学习时，有大量的理论。当 Java 出现时，如何构建一个好的产品很容易获得。在我看来，他们只是做得很糟糕。是的，您可以自己编写代码。框架或库的重点是安排它，这样您就不必这样做了。

【解决方案6】：

来自 java API。

返回一个带正号的双精度值，大于或等于 0.0 且小于 1.0

http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Math.html#random()

所以是的。

【讨论】：

【解决方案7】：

Math.random() 是documented 返回“一个带正号的双精度值，大于等于0.0 小于1.0” 即包含0.0但不包含1.0

【讨论】：

【解决方案8】：

在兼容的 JRE 实现中，它也有可能永远不会返回 0。

【讨论】：

这也是可能的，给定一个真正的随机生成器，并且由于随机性的性质，在兼容的 JRE 实现中，它总是返回 0。
@Stephen：阅读 Javadocs（对于标准库，它被视为规范的一部分）。 Math.random() 的任何实现必须使用java.util.Random，而java.util.Random又必须是特定的LCG。
@Johannes：我阅读了 javadocs，并在我的回答中链接到它们。我的观点，与不可靠的回答有关，虽然确实可能永远不会返回 0.0，但也有可能总是返回 0.0。为了符合要求，必须可以返回任何值 x 其中 0.0 x 不太可能的情况是正确的。

【解决方案9】：

math.random() 理论上有可能返回零值，但在现实世界中，您可以指望它几乎不会发生。

我曾经连续运行我的电脑一周等待一个，它生成了大约 10 万亿个随机数，没有零。

但更直接地说，它实际上是两种方式都互斥的。

【讨论】：

理论上不可能，但完全有可能。请参阅@Angs 和 cmets 提供的答案。
我跑了一个月，从来没得过零。

【解决方案10】：

来自http://java.sun.com/javase/6/docs/api/java/lang/Math.html

random() 返回一个带正号的双精度值，大于等于 0.0 且小于 1.0。

是的，它可以是 0，但不能是 1。换句话说，比起你的 CS 教授，更喜欢 Java 文档 =)

【讨论】：