生成随机浮点数，包括两个边界

Question

我需要在[-0.5, 0.5] 范围内生成随机实数，包括两个边界。

我找到了各种生成相似范围的方法，例如

-0.5 + Math.random()

但上限始终是独占，我也需要它具有包容性。 0.5 必须在范围内。

Answer 1

您可以通过比您预期的最大值大的最小值 (epsilon) 来调整上限。要找到 epsilon，请从任何正值开始，并使其尽可能小：

double min = -0.5;
double max = 0.5;

double epsilon = 1;
while (max + epsilon / 2 > max) {
    epsilon /= 2;
}

Random random = ThreadLocalRandom.current();
DoubleStream randomDoubles = random.doubles(min, max + epsilon);

编辑：@DodgyCodeException 建议的替代方案（结果与上述相同）：

double min = -0.5;
double max = 0.5;

double maxPlusEpsilon = Double.longBitsToDouble(Double.doubleToLongBits(max) + 1L)

Random random = ThreadLocalRandom.current();
DoubleStream randomDoubles = random.doubles(min, maxPlusEpsilon);

Answer 2

我还没有看到任何在 IEEE-754 Double 表示中使用位摆弄的答案，所以这是一个。

基于观察到下一个二进制指数的翻转与将1 添加到二进制表示中相同（实际上这是设计使然）：

Double.longBitsToDouble(0x3ff0000000000000L) // 1.0
Double.longBitsToDouble(0x3ffFFFFFFFFFFFFFL) // 1.9999999999999998
Double.longBitsToDouble(0x4000000000000000L) // 2.0

我想出了这个：

long   l = ThreadLocalRandom.current().nextLong(0x0010000000000001L);
double r = Double.longBitsToDouble(l + 0x3ff0000000000000L) - 1.5;

此技术仅适用于跨越二进制数（1、2、4、8、0.5、0.25 等）的范围，但对于这些范围，此方法可能是最有效和最准确的。此示例针对 1 的跨度进行了调整。对于不跨越二进制范围的范围，您仍然可以使用此技术来获得不同的跨度。应用该技术来获得 [0, 1] 范围内的数字并将结果缩放到所需的跨度。这样的准确率损失可以忽略不计，得到的准确率实际上与Random.nextDouble(double, double)的准确率相同。

对于其他跨度，执行此代码以找到偏移量：

double span = 0.125;

if (!(span > 0.0) || (Double.doubleToLongBits(span) & 0x000FFFFFFFFFFFFFL) != 0)
    throw new IllegalArgumentException("'span' is not a binary number: " + span);
if (span * 2 >= Double.MAX_VALUE)
    throw new IllegalArgumentException("'span' is too large: " + span);

System.out.println("Offset: 0x" + Long.toHexString(Double.doubleToLongBits(span)));

当您将此偏移量插入实际代码的第二行时，您会得到一个范围为 [span, 2*span] 的值。减去span 得到一个从 0 开始的值。

Answer 3

实现此目的的一种方法是创建从 -500 到 500 的随机 int，然后将其除以 1000。

int max = 500;
int min = -500;
int randomInt = rand.nextInt((max - min) + 1) + min;
float randomNum = randomInt / 1000.00f;
System.out.println(randomNum);

您可以通过在整数边界和除数中添加和删除零来更改精度。 （例如：创建从 -5 到 +5 的整数并除以 10 以降低精度）

该解决方案的一个缺点是它不使用浮点/双精度数据类型提供的最大精度。

Answer 4

@OH GOD SPIDERS' answer 给了我一个想法，将它发展成一个更精确的答案。 nextLong() 在转换为 double 时给出了一个介于 MIN_VALUE 和 MAX_VALUE 之间的值，并且具有足够的精度。

double randomNum = (rand.nextLong() / 2.0) / Long.MAX_VALUE;

界限是包容性的证明：

assert (Long.MIN_VALUE/2.0)/Long.MAX_VALUE == -0.5;
assert (Long.MAX_VALUE/2.0)/Long.MAX_VALUE == 0.5;

Answer 5

鉴于 HOW GOD SPIDERS 的回答，这里有一个现成的功能：

public static double randomFloat(double minInclusive, double maxInclusive, double precision) {
    int max = (int)(maxInclusive/precision);
    int min = (int)(minInclusive/precision);
    Random rand = new Random();
    int randomInt = rand.nextInt((max - min) + 1) + min;
    double randomNum = randomInt * precision;
    return randomNum;
}

然后

System.out.print(randomFloat(-0.5, 0.5, 0.01));

Answer 6

Random.nextDouble 给出 [0, 1] 范围内的值。因此，要将其映射到 [-0.5, 0.5] 的范围，您只需减去 0.5。

您可以使用此代码获得所需的输出 double value = r.nextDouble() - 0.5;