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2008-09-12 09:13:01
使用 2 SDK基础类库产生随机数的方法很多。但是如果你跟不上这些类库的更新脚步，你有可能正在使用的是一种低效的随机数生成机制，更糟糕的是：你有可能得到的不是均匀分布的随机数。本文将向你展示一种较为可靠的随机数生成方法，同时与其他方法进行比较。
自从JDK最初版本发布起，我们就可以使用java.util.Random类产生随机数了。在JDK1.2中，Random类有了一个名为nextInt（）的方法：
public int nextInt（int n）
给定一个参数n，nextInt（n）将返回一个大于等于0小于n的随机数，即：0 <；= nextInt（n） <； n.
你所要做的就是先声明一个Random的对象，在调用其nextInt（n）函数以返回随机值。
这里有个示例，下面的代码段将生成很多随机数并输出它们的平均值：
int count = 1000000；
int range = Integer.MAX_VALUE / 3 * 2；
double sum = 0；
Random rand = new Random（）；
for （int i=0； i<；count； i++） {
sum += rand.nextInt（range）；
}
System.out.println（sum/count）；
执行了1000000次循环之后，得到的平均值基本上就处于随机数范围的中点（midpoint）。
到目前为止，事情还并不复杂，但是我们会问为什么要使用nextInt（n）？考虑一下的随机数生成方法：
（1）使用老的方法nextInt（），没有制定数值范围
（2）用Math.abs（）静态函数得到（1）中产生值的绝对值
（3）对（2）的结果进行取模运算（%），得到期望范围类的值
我们说nextInt（n）要比上述方法更好，为什么呢？参考以下的代码段：
sum = 0；
for （int i=0； i<；count； i++） {
sum += Math.abs（rand.nextInt（）） % range；
}
System.out.println（sum/count）；
不难发现，每次循环都多出了几步运算。事实上，这种随机数生成的方法存在着以下三个问题：
首先，nextInt（）返回的值是趋于均匀分布在Integer.MIN_VALUE 和 Integer.MAX_VALUE之间的。如果你取Integer.MIN_VALUE的绝对值，得到的仍然不是一个正数。事实上，Math.abs（Integer.MIN_VALUE）等于Integer.MIN_VALUE.因此，存在着这样一种情况（虽然很少见）：rand.nextInt（）=Integer.MIN_VALUE，经过取绝对值Math.abs（rand.nextInt（））之后，得到是一个负数。这种几率为 1/（2^31），在我们的测试中不太可能发生——循环次数只有1000000次。
其次，当你对nextInt（）取模时，你使结果的随机性大打折扣。随机数中较小的值出现的几率更大一些。这就是众所周知的伪随机数生成，因此我们不是用取模的方法。
最后，也可能是最糟糕的：随机数不是均匀分布。如果你执行了上述的两段代码，第一段代码的结果将会大于715，000，000，考虑到数值范围的中点（midpoint）是715，827，882，所以这是一个可以接受的结果。然而，你会吃惊的发现第二段代码得到的平均值肯定不会超过600，000，000.
为何第二段代码的结果会如此的偏差？纠其本质，问题出在数值分布的不均匀。当你进行取模运算时，你将过大的数转换成了较小的。这使得较小的数更容易产生。
使用nextInt（range）将会解决上述的三个问题。
还有一种随机数生成方法——使用Math.random（）。这个方法的效果如何？
sum = 0；
for （int i=0； i<；count； i++） {
sum += （int）（Math.random（） * range）；
}
System.out.println（sum/count）；
很好，使用random（）不会碰到nextInt（）的麻烦。你不会得到负数返回值，没有使用取模运算，值分布也是均匀的。还有什么问题吗？你有没有考虑到Math.random（）使用了浮点运算，而nextInt（）和nextInt（range）只有整数操作？Math.random（）可能会慢上四倍。再加上从浮点到整数的类型转换，整个运算将会更慢。
好了，经过一番比较，我们发现使用nextInt（range）生成随机数更为有效，因为它避免了其他方法的种种弊端。
最后再给出一段代码，通过测试可以比较本文提到的几种随机数生成方法。
import java.util.*；
import java.text.*；
public class RandomTest {
public static void main（String args[]） {
NumberFormat nf = NumberFormat.getInstance（）；
int count = 1000000；
int range = Integer.MAX_VALUE / 3 * 2；
System.out.println（"Midpoint： " + nf.format（range/2））；
double sum = 0；
Random rand = new Random（）；
for （int i=0； i<；count； i++） {
sum += rand.nextInt（range）；
}
System.out.println（"Good ： " + nf.format（sum/count））；
sum = 0；
for （int i=0； i<；count； i++） {
sum += Math.abs（rand.nextInt（）） % range；
}
System.out.println（"Bad ： " + nf.format（sum/count））；
sum = 0；
for （int i=0； i<；count； i++） {
sum += （int）（Math.random（） * range）；
}
System.out.println（"Longer ： " + nf.format（sum/count））；
}
}
