在 C# 中生成随机浮点数的最佳方法是什么？
更新：我想要从 float.Minvalue 到 float.Maxvalue 的随机浮点数。我在一些数学方法的单元测试中使用这些数字。
【问题讨论】：
Random.Range(float.Minvalue, float.Maxvalue)。
标签： c# random floating-point
最好的方法，没有疯狂的值，distributed with respect to the representable intervals on the floating-point number line（删除了“统一”，因为对于连续的数字线，它显然是不统一的）：
static float NextFloat(Random random)
{
double mantissa = (random.NextDouble() * 2.0) - 1.0;
// choose -149 instead of -126 to also generate subnormal floats (*)
double exponent = Math.Pow(2.0, random.Next(-126, 128));
return (float)(mantissa * exponent);
}
(*) ... 检查here 是否有低于正常值的浮点数
警告：也会产生正无穷大！为了安全起见，选择 127 的指数。
另一种方法会给你一些疯狂的值（位模式的均匀分布），可能对模糊测试有用：
static float NextFloat(Random random)
{
var buffer = new byte[4];
random.NextBytes(buffer);
return BitConverter.ToSingle(buffer,0);
}
对以前版本的改进是这个，它不会创建“疯狂”值（既不是无穷大也不是 NaN）并且仍然很快（也相对于浮点数线上的可表示间隔分布）：
public static float Generate(Random prng)
{
var sign = prng.Next(2);
var exponent = prng.Next((1 << 8) - 1); // do not generate 0xFF (infinities and NaN)
var mantissa = prng.Next(1 << 23);
var bits = (sign << 31) + (exponent << 23) + mantissa;
return IntBitsToFloat(bits);
}
private static float IntBitsToFloat(int bits)
{
unsafe
{
return *(float*) &bits;
}
}
最没用的方法：
static float NextFloat(Random random)
{
// Not a uniform distribution w.r.t. the binary floating-point number line
// which makes sense given that NextDouble is uniform from 0.0 to 1.0.
// Uniform w.r.t. a continuous number line.
//
// The range produced by this method is 6.8e38.
//
// Therefore if NextDouble produces values in the range of 0.0 to 0.1
// 10% of the time, we will only produce numbers less than 1e38 about
// 10% of the time, which does not make sense.
var result = (random.NextDouble()
* (Single.MaxValue - (double)Single.MinValue))
+ Single.MinValue;
return (float)result;
}
浮点数行来自：Intel Architecture Software Developer's Manual Volume 1: Basic Architecture. Y 轴是对数（以 2 为底），因为连续的二进制浮点数不是线性不同的。
【讨论】：
有什么理由不使用Random.NextDouble 然后转换为float？这会给你一个介于 0 和 1 之间的浮点数。
如果您想要不同形式的“最佳”，则需要指定您的要求。请注意，Random 不应用于金融或安全等敏感问题 - 通常您应该在整个应用程序中重用现有实例，或每个线程一个（因为 Random 不是线程安全的）。
编辑：按照 cmets 中的建议，将其转换为 float.MinValue、float.MaxValue 的范围：
// Perform arithmetic in double type to avoid overflowing
double range = (double) float.MaxValue - (double) float.MinValue;
double sample = rng.NextDouble();
double scaled = (sample * range) + float.MinValue;
float f = (float) scaled;
编辑：现在您已经提到这是用于单元测试的，我不确定这是一种理想的方法。您可能应该使用具体值进行测试 - 确保使用每个相关类别中的样本进行测试 - 无穷大、NaN、非正规数、非常大的数字、零等。
【讨论】：
还有一个版本……（我觉得这个还不错）
static float NextFloat(Random random)
{
(float)(float.MaxValue * 2.0 * (rand.NextDouble()-0.5));
}
//inline version
float myVal = (float)(float.MaxValue * 2.0 * (rand.NextDouble()-0.5));
我觉得这个……
还有一个版本...（不是那么好，但还是发布了）
static float NextFloat(Random random)
{
return float.MaxValue * ((rand.Next() / 1073741824.0f) - 1.0f);
}
//inline version
float myVal = (float.MaxValue * ((rand.Next() / 1073741824.0f) - 1.0f));
我觉得这个……
本页大部分功能测试：（i7，发布，无调试，2^28循环）
Sunsetquest1: min: 3.402823E+38 max: -3.402823E+38 time: 3096ms
SimonMourier: min: 3.402823E+38 max: -3.402819E+38 time: 14473ms
AnthonyPegram:min: 3.402823E+38 max: -3.402823E+38 time: 3191ms
JonSkeet: min: 3.402823E+38 max: -3.402823E+38 time: 3186ms
Sixlettervar: min: 1.701405E+38 max: -1.701410E+38 time: 19653ms
Sunsetquest2: min: 3.402823E+38 max: -3.402823E+38 time: 2930ms
【讨论】：
我采取了与其他人略有不同的方法
static float NextFloat(Random random)
{
double val = random.NextDouble(); // range 0.0 to 1.0
val -= 0.5; // expected range now -0.5 to +0.5
val *= 2; // expected range now -1.0 to +1.0
return float.MaxValue * (float)val;
}
cmets 解释了我在做什么。获取下一个双精度数，将该数字转换为介于 -1 和 1 之间的值，然后将其与 float.MaxValue 相乘。
【讨论】：
另一种解决方案是这样做：
static float NextFloat(Random random)
{
float f;
do
{
byte[] bytes = new byte[4];
random.NextBytes(bytes);
f = BitConverter.ToSingle(bytes, 0);
}
while (float.IsInfinity(f) || float.IsNaN(f));
return f;
}
【讨论】：
这是我想出的另一种方法： 假设您想获得一个介于 5.5 和 7 之间的浮点数，小数点后 3 位。
float myFloat;
int myInt;
System.Random rnd = new System.Random();
void GenerateFloat()
{
myInt = rnd.Next(1, 2000);
myFloat = (myInt / 1000) + 5.5f;
}
这样你总是会得到一个大于 5.5 和一个小于 7 的数字。
【讨论】：
我更喜欢使用下面的代码来生成一个小数点后的十进制数。您可以通过在字符串“组合”中附加该数字来复制粘贴第 3 行以在小数点后添加更多数字。您可以通过将 0 和 9 更改为您的首选值来设置最小值和最大值。
Random r = new Random();
string beforePoint = r.Next(0, 9).ToString();//number before decimal point
string afterPoint = r.Next(0,9).ToString();//1st decimal point
//string secondDP = r.Next(0, 9).ToString();//2nd decimal point
string combined = beforePoint+"."+afterPoint;
decimalNumber= float.Parse(combined);
Console.WriteLine(decimalNumber);
希望对你有所帮助。
【讨论】：