C# 随机数生成器答案

【问题标题】：C# random number generatorC# 随机数生成器
【发布时间】：2010-09-22 16:08:28
【问题描述】：

我正在寻找一个随机数，它总是为给定的种子生成相同的“随机”数。种子由 x + (y 定义，其中 x 和 y 是高度图上的位置。

我可以每次使用我的种子创建一个新的 System.Random 实例，但这会带来很大的 GC 压力。特别是因为这会被调用很多次。

编辑： “很多”意味着一百万次。

感谢所有回答的人！我知道我不清楚，但我在这里了解到哈希函数正是我想要的。

【问题讨论】：

这不是很随机，是吗？
你会有多少种不同的组合？您可以将 Random 实例存储在以种子为键的字典中重复使用。
正如您所指出的，System.Random 已经为给定的种子生成了相同的序列。您是否正在寻找具有 mutable 种子的 RNG，以便您可以简单地“重置”它？多少次是“很多”次，您是否对此进行了分析以查看它是否真的会导致较差的 GC 性能？
@driis：这行不通，因为一旦在其中一个实例上调用Next，种子就会改变。
完全正确，如果您只希望每个种子的一个值而不是序列，那么它根本不是真正的随机（甚至是伪随机），您可能会很好地使用其他一些函数，比如哈希码。事实上，重读这个问题，我有一个明显的印象，这个问题试图重新发明哈希码。

标签： c# random

【解决方案1】：

我可以每次使用我的种子创建一个新的 System.Random 实例

这样做。

但那是很大的 GC 压力。特别是因为这会被调用很多次。

你打了多少次？它是否可验证地表现不佳？请注意，GC 已针对处理大量生命周期短的小对象进行了优化。它应该很容易解决这个问题。

而且，还有什么替代方案可以使用种子但不创建某个对象的新实例？事实上，这听起来更像是一个设计糟糕的类。

【讨论】：

另一种选择是一个对象，您可以只传递一个种子值而不需要构造函数。
@Robert：是的，我认为这是“糟糕的设计”：它需要一个相当好的理由来使对象可重置而不是依赖new：可重置对象使得推理变得更加困难关于状态。
@Konrad：我认为你总是使用不可变对象。我们中的一些人仍然使用使用可变对象的传统 OOP 进行编程，我们不认为这是糟糕的设计，尤其是在我们不使用多线程的情况下。
最好的办法是一个简单的函数，比如 int Random(int seed)
@Hannesh：不，这将是一件非常糟糕的事情，因为它显然总是返回相同的值——根本不是随机的。

【解决方案2】：

由于hash function 显然更接近您想要的，请考虑以下变体：

int Hash(int n) {
    const int prime = 1031;
    return (((n & 0xFFFF) * prime % 0xFFFF)) ^ (n >> 16);
}

在将最低有效两个字节与素数相乘后，将最低有效两个字节与四字节数的最高有效两个字节进行异或运算。因此，结果在 0

这应该稍微“打乱”输入数字，可靠地为相同的输入生成相同的值，并且看起来“随机”。现在，我还没有对分布进行随机分析，如果有统计学家看过它，他可能会直接陷入过敏性休克。（事实上，我真的是在头脑中写下了这个实现。）

如果您需要一些不太成熟的东西，请考虑使用已建立的校验和（例如 CRC32）。

【讨论】：

一开始我很失望，因为写 n = 1 - 10 的哈希值给出了一组数字，其中每个数字都比上一个大 1031。对更高的数字效果更好（显然），但在将值输入回函数时我得到了令人满意的结果（即 n = Hash(Hash(n)) ）。
如果统计学家看它，他可能只会认为函数不是真正随机的，结果也不是真正的正态分布。但这些都不是问题的重点，所以你不必担心人员伤亡。 ;-)
@Hannesh：您可以使用 MD5 哈希，将其截断为四个字节，然后将这些字节转换为数字。或者以相同的方式使用任何其他哈希。
MD5 散列非常昂贵，它只需要散列到人类无法真正看到模式的程度。我对 Konrads 哈希生成器的结果很满意。

【解决方案3】：

有关 C# 源代码，请参阅 Simple Random Number Generation。状态只是两个无符号整数，因此很容易在调用之间跟上。并且生成器通过了质量标准测试。

【讨论】：

看起来不错。两个无符号整数正是我所拥有的！

【解决方案4】：

如果存储Dictionary<int, int> 来提供给定种子的新Random 对象返回的第一个值呢？

class RandomSource
{
    Dictionary<int, int> _dictionary = new Dictionary<int, int>();

    public int GetValue(int seed)
    {
        int value;
        if (!_dictionary.TryGetValue(seed, out value))
        {
            value = _dictionary[seed] = new Random(seed).Next();
        }

        return value;
    }
}

这会引发 GC 压力，即构造一个新的 Random 实例第一次你想要一个特定种子的值，但是使用相同种子的每个后续调用都会取而代之检索一个缓存的值。

【讨论】：

【解决方案5】：

我认为“随机数生成器”实际上并不是您想要的。只需创建另一个地图并使用随机值预先填充它。如果您当前的高度图是 W x H，最简单的解决方案是创建一个 W x H 二维数组，并使用 System.Random 用随机值填充每个元素。然后，您可以在需要时查找特定 (x, y) 坐标的预填充随机值。

或者，如果您当前的高度图实际上存储了某种数据结构，您可以修改它以存储除了高度值之外的随机值。

这样做的一个附带好处是，稍后，如果您需要，您可以对整个“随机”地图执行操作，以确保它具有某些属性。例如，根据上下文（这是针对游戏的吗？），您稍后可能会发现您希望消除地图上的随机性。如果您按照我的描述预先计算和存储值，这将是微不足道的。

【讨论】：

地图需要无限连续，如果我重新访问一个区域，一定不能改变。因为它需要无限连续，所以我需要一个函数来表示 (x, y) 处的高度。我已经解决了大部分问题，现在我需要的只是随机数。

【解决方案6】：

CSharpCity 为多个随机数生成器提供源。您必须进行试验，看看这些对性能的影响是否比 System.Random 小。

ExtremeOptimization 提供了一个包含多个生成器的库。他们还讨论了生成器的质量和速度，并与 System.Random 进行了比较。

最后，GC 压力是什么意思？您真的是指内存压力，这是我见过的唯一使用它的上下文吗？ GC 的工作是非常有效地处理对象 gob 的创建和销毁。我担心你会陷入过早的优化诱惑。也许您可以创建一个测试应用程序，提供一些冷硬的数字。

【讨论】：

如果按照预期的方式使用 .NET 的生成器，我完全没问题，但我会重新创建 System.Random 的实例一百万次，因为我想设置种子.但事实证明，我真正想要的是一个哈希函数。