随机数生成方法

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生成随机数的方法

生成随机数的方法

生成随机数的方法
生成随机数的方法有很多种,以下是其中几种常见的方法:
1. 使用随机数生成算法:常见的随机数生成算法有线性同余法、梅森旋转算法等。

这些算法可以基于一个种子值生成一个伪随机数序列。

2. 使用随机数生成器函数或类:许多编程语言都提供了内置的随机数生成函数或类,可以使用这些函数或类来生成随机数,通常需要指定生成随机数的范围。

3. 使用时间戳作为种子:可以使用当前时间戳作为随机数生成的种子,然后使用这个种子来生成随机数。

4. 使用外部硬件设备:某些情况下需要更高质量的随机数,可以利用外部硬件设备如热噪声发生器、麦克风或摄像头等生成真随机数。

5. 使用随机数表:事先准备好一张随机数表,需要时从中选取随机数。

不同的方法适用于不同的应用场景,选择适合的方法可以保证生成的随机数具有一定的随机性。

随机数的产生原理

随机数的产生原理

随机数的产生原理随机数的产生原理是计算机科学领域中非常重要的一个概念。

在计算机程序开发、密码学、模拟实验等领域都广泛应用着随机数。

首先,我们需要明确随机数的概念。

所谓随机数是指其具有不可预测性和不相关性的数值序列。

也就是说,随机数的产生是不受特定规律、模式或者输入的影响。

在计算机中,由于计算机的运算是通过确定性算法进行的,所以计算机无法自主产生完全随机的数值序列,而只能通过一定的算法来模拟随机数的产生。

常见的随机数生成方法有伪随机数产生器和真随机数产生器。

其中,伪随机数产生器是利用已知的确定性算法生成的数字序列,这些数字序列在某种程度上具有类似随机的性质。

而真随机数产生器则利用物理现象来产生真正的随机数。

首先,我们来介绍一下伪随机数的产生方法。

伪随机数的产生是通过确定性的算法进行的,这个算法需要一个种子作为输入来产生一系列看似随机的数字。

在同一个种子的情况下,这个算法每次产生的数字都是相同的。

因此,为了产生不同的伪随机数序列,通常会使用系统时间等随机的种子。

常见的伪随机数产生算法有线性同余法、梅森旋转算法等。

线性同余法是最常见的伪随机数生成算法之一。

它的原理是通过不断迭代一个初始值(种子)来产生随机数序列。

具体的计算公式为:X(n+1) = (a * X(n) + c) mod m其中,X(n)表示第n个随机数,X(n+1)表示第n+1个随机数,a、c、m为一组给定的常数,mod表示取余操作。

在梅森旋转算法中,使用了一个非常大的2的幂次数作为种子,通过一系列的位操作或异或操作来产生伪随机数。

这种算法的优点是速度快且产生的随机数质量高。

然而,伪随机数产生器是基于已知的算法进行的,其产生的随机数序列是可预测和重现的。

因此,在某些应用场景(如密码学)中,需要使用更加安全和随机的随机数。

那么如何产生真随机数呢?真随机数的产生是利用物理现象的随机性来产生的。

常用的真随机数产生方法包括噪声源、热噪声和量子现象。

随机数的生成方法

随机数的生成方法

选 法
1)坐标变换法
反 函 数 法
设r1,r2 是RND随机数,令
坐中 标心 变极 换限 法定


x1 x2

(2 ln (2 ln
r1 )1 / r1 )1 /
2 2
cos(2r2 sin(2r2
) )
则 x1, x2是相互独立的标准正态分布的随机数.
2)利用中心极限定理
例3 :选λ=97,C=3,M=1000,得递推公式
xn1 97xn 3(mod1000) rn xn 1000
取定种子x0=71,得 97x0+3=6890, x1=890, r1=0.890 97x1+3=86333, x2=333, r2=0.333
97x2+3=32304, x3=304, r3=0.304
最常用、最基础的随 机数是在(0,1)区间 内均匀分布的随机数 (简记为RND)
理解为:随机 变量X~U(0,1) 的一组样本值
的模拟值
一般采用某种数值计算方法产生随机数序列, 在计算机上运算来得到.
通常是利用递推公式:
n f (n1,n2 , ,nk )
给定k个初始值ξ1,ξ2,…,ξk , 利用递推公式递推出一
2,
0 ri 0.3 0.3 ri 0.6
0.6 ri
x1,x2,…,xN 即具有X 的分布律的随机数.
从理论上讲, 已解决了产生具有任何离散
型分布的随机数的问题.
具体执行仍有困难,如X的取值是无穷多个的 情况.
可利用分布的自身特点,采用其他的模拟方法.
例4 随机变量X~B(n,p),其分布律为
反函数法 舍选法
1) 反函数法 设连续型随机变量Y的概率函数为 f(x), 需产

随机数生成器公式

随机数生成器公式

随机数生成器公式随机数生成器公式,这玩意儿听起来是不是有点神秘又有点高大上?其实啊,它在我们的生活和学习中还挺常见的。

先来说说啥是随机数。

随机数啊,就像是老天爷闭着眼睛随便扔出来的数字,没有啥规律可言。

比如说抽奖的时候,电脑随机抽出的中奖号码,那就是随机数。

那随机数生成器公式是咋回事呢?简单来说,就是通过一些数学的方法和规则,让计算机或者其他工具能够“制造”出看起来像是随机出现的数字。

咱们就拿一个简单的例子来说吧。

假设我们要在 1 到 100 之间生成随机数,有一种常见的方法是用编程语言里的随机函数。

就像在Python 里,可以用“random.randint(1, 100)”这个命令,每次运行,它都会给出一个 1 到 100 之间的随机数。

我记得有一次,我们班上搞活动,要通过随机数来决定谁先上台表演节目。

我就用电脑上的随机数生成器来操作,同学们那叫一个紧张又兴奋,眼睛都紧紧盯着屏幕,等着看谁是那个幸运儿。

当第一个随机数出来的时候,被选中的同学先是一愣,然后满脸通红地走上台,大家都哈哈大笑。

再深入一点说,随机数生成器公式可不只是这么简单。

有些更复杂的公式,是为了让生成的随机数更符合真正的随机特性。

比如说,要避免出现连续出现相同数字的情况,或者要保证每个数字出现的概率都差不多。

还有啊,随机数生成器在科学研究里也大有用处。

比如说做模拟实验的时候,需要用随机数来模拟各种不确定的因素。

像研究天气变化、金融市场的波动,都得靠随机数生成器来帮忙。

在游戏开发中,随机数生成器也是不可或缺的。

想象一下,要是游戏里的怪物出现、宝藏掉落都是固定的,那多没意思啊!有了随机数,每次玩游戏都有新的惊喜和挑战。

不过,随机数生成器也不是完美无缺的。

有时候,由于算法的限制,可能会出现一些不太随机的情况。

比如说,在某些情况下,可能会出现一小段数字看起来有规律的现象。

总之,随机数生成器公式虽然看起来有点复杂,但它真的给我们的生活和各种领域带来了很多有趣和有用的东西。

随机数的生成方法

随机数的生成方法

随机数的生成方法
一、随机数的定义
随机数是指一组无规律的数字组合,每一次随机出来的结果都完全不同。

随机数是在一定范围内取出一个完全随机的数,用于计算机系统中一
些需要给定一组随机数、模拟实际环境的应用场合。

随机数可以实现一定
的不可预测性,是计算机安全性的重要保障,在数据传输安全、加密技术
中有着重要的作用。

1、基于数学模型的方法
a)均匀分布的随机数生成
均匀分布的随机数是在给定的[A,B](A<B)之间取出一个完全随机的数,即数学上的均匀分布。

一种常用的均匀随机数生成方法是线性同余法,它
的实现步骤如下:
①确定一个循环移位寄存器R,其状态位数为n,状态序列的周期为
2^n,即从0到2^n-1;
②确定一个模数运算法则,用于对R进行变换;
③设置初值R0,在此基础上,依次计算R1,R2,R3,…,Rn;
④通过将状态序列Ri映射为[A,B]区间内的均匀分布随机数。

b)指数分布的随机数生成
指数分布的随机数生成可以利用指数函数的特性,其核心思想是:以
一些概率将一个离散型随机变量转换为连续性随机变量,再根据指数函数
求出该随机变量的概率分布,从而产生均匀分布的概率分布。

指数分布随机数生成的实现步骤如下:。

随机数生成公式

随机数生成公式

随机数生成公式随机数生成公式是一种计算机程序中常用的技术,可以生成随机的数字,用于模拟和实验等场景中。

本文将介绍几种常见的随机数生成公式及其应用场景。

一、线性同余法(Linear Congruential Method)线性同余法是一种简单而又高效的随机数生成方法,其公式为:Xn+1 = (aXn + c) mod m其中Xn为当前随机数,a、c、m为常数,mod为模运算符。

该公式的原理是通过不断迭代计算,每次得到一个新的随机数。

该方法的优点是计算速度快,缺点是会产生周期性重复的随机数序列。

该方法常用于模拟和实验场景中。

二、梅森旋转算法(Mersenne Twister)梅森旋转算法是一种广泛应用的随机数生成方法,其公式为:Xn+1 = Xn⊕(Xn >> u)其中Xn为当前随机数,⊕为异或运算符,>>为右移运算符,u为常数。

该公式的原理是通过对当前随机数进行位运算,得到一个新的随机数。

该方法的优点是生成的随机数序列较为均匀,缺点是计算速度较慢。

该方法常用于加密和安全场景中。

三、高斯分布随机数生成公式(Gaussian Distribution)高斯分布随机数生成公式是一种生成符合正态分布(高斯分布)的随机数的方法,其公式为:X = μ + σ * Z其中μ为均值,σ为标准差,Z为符合标准正态分布的随机数。

该公式的原理是通过对标准正态分布进行线性变换,得到符合正态分布的随机数。

该方法的优点是生成的随机数符合实际分布规律,缺点是计算量较大。

该方法常用于金融和统计场景中。

四、指数分布随机数生成公式(Exponential Distribution)指数分布随机数生成公式是一种生成符合指数分布的随机数的方法,其公式为:X = -ln(U) / λ其中U为符合均匀分布的随机数,ln为自然对数函数,λ为指数分布的参数。

该公式的原理是通过对均匀分布进行变换,得到符合指数分布的随机数。

「EXCEL随机数据生成方法」

「EXCEL随机数据生成方法」

「EXCEL随机数据生成方法」EXCEL是一种非常强大的电子表格软件,它提供了许多功能来帮助用户处理和分析数据。

其中一个功能是随机数据生成,可以用于模拟实验、数据分析和其他需要随机数据的场景。

下面将介绍一些常用的EXCEL随机数据生成方法。

1.使用RAND函数生成随机数RAND函数是EXCEL内置的函数之一,它可以生成一个0到1之间的随机数。

要生成整数随机数,可以将RAND函数与其他函数结合使用,例如ROUND函数来四舍五入到最接近的整数。

例如,要生成1到10之间的随机整数,可以使用以下公式:=ROUND(RAND(*10,0)2.使用RANDBETWEEN函数生成随机整数RANDBETWEEN函数是另一个内置函数,它可以生成指定范围内的随机整数。

例如,要生成1到10之间的随机整数,可以使用以下公式:=RANDBETWEEN(1,10)3.使用CHAR函数生成随机字符CHAR函数可以根据ASCII码表中的对应值生成相应的字符。

要生成随机字母,可以使用以下公式:=CHAR(RANDBETWEEN(65,90))4.使用INDEX和RANDBETWEEN函数生成随机列表INDEX函数可以根据给定的数组和行列索引返回对应的值。

结合RANDBETWEEN函数,可以生成一个随机列表。

例如,要生成一个1到100之间的随机列表,可以使用以下公式:=INDEX($A$1:$A$100,RANDBETWEEN(1,100))5.使用VLOOKUP和RANDBETWEEN函数生成随机数据VLOOKUP函数可以根据指定的值在一个区域中查找并返回对应的值。

结合RANDBETWEEN函数,可以生成一个随机数据。

例如,要在A1:B10区域中随机选择一个数据,可以使用以下公式:=VLOOKUP(RANDBETWEEN(1,10),$A$1:$B$10,2,FALSE)6.使用IF和RANDBETWEEN函数生成随机条件数据IF函数可以根据指定的条件返回不同的值。

随机数的生成及随机变量抽样

随机数的生成及随机变量抽样

if (floor(10*Random(1,i)) ==10*Random(1,i))
Random(1,i)=10*Random(1,i);
else
Random(1,i)=floor(10*Random(1,i))+1;
end
end
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v 2) 连续型分布的直接抽样方法 ❖ 对于连续型分布,如果分布函数F(x)的反函
I- 1
I
(2)xxI, 当 i = 1piui = 1pi
选取均匀随机数u,如
I1uI, I {1,2,3,4,5,6}
66

x I 整理课件
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v 例2. 掷骰子点数的抽样 由于
I 1 uI,I { 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 },x I 66
等价于
I 1 6 u I ,I 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 , x I
1) 分布函数无法用解析形式表达,因而无法给出 反函数的解析形式。
2) 分布函数有解析形式,但是反函数的解析形式 给不出来。
3) 反函数有解析形式,但运算量很大。
❖ 下面叙述的抽样方法是能够克服这些困难的比 较好的方法。
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v 复合抽样方法 ❖ 复合抽样方法的基本思想是由kahn提出的。
❖ 考虑如下复合分布:
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离散型随机变量Y 的分布函数为
F(y)P(Yy)pn
ny
❖ fn(x)为给定Y=n时X的条件密度。该复合分布 f(x)的抽样方法为: 首先从离散分布F(y) 中抽样 N,然后再从密度函数fN(x)中抽样确定XfN 。
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总之
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University of SydneySchool of Information TechnologiesGenerating Random VariablesPseudo-Random NumbersDefinition : A sequence of pseudo-random numbers ()i U is a deterministic sequence of numbers in[]1,0 having the same relevant statistical properties as a sequence of random numbers.The most widely used method of generating pseudo-random numbers are the congruential generators:()MX U M c aX X i i i i =+=−mod 1 for a multiplier a , shift c , and modulus M , all integers.The sequence is clearly periodic, with maximum period M .The values of a and c must be carefully chosen to maximise the period of the generator, and to ensure that the generator has good statistical properties.Some examples:M a c259 1313 0 232 69069 1 231-1 630360016 0 232 2147001325 715136305Reference: Ripley, Stochastic Simulation , Chapter 2Generating Arbitrarily Distributed Random Variablesfrom Uniform Random VariablesWe need to be able to convert uniformly distributed [0,1) random variables into rv's drawn from the distributions we are interested in. This can be done using the transform method as follows:Transform MethodLet X be the random variable we are interested in generating, and let F (x ) be its distribution function, ie{} x X F(x) ≤=PrThere is a theorem which says that, if ()x F is continuous, then ()X F is uniformly distributed on the interval ()1,0. This can be used to generate random variables with specified distributions:Let F (X ) = Y . Then Y is defined on the range between 0 and 1. We can show that if Y is a random variable uniformly distributed between 0 and 1, the variable X defined byX =F −1Y ()has the cumulative distribution F X (), iePr X ≤x {}=Pr Y ≤F x (){}=F x ()For our simulation, we generate Y with the built-in pseudo-random number generator, and apply the inverse function F −1 to it to give us our desired random variable.ExampleLet's assume that the arrival process to the single server queue mentioned above is a Poisson Process with rate λ, so that the times between arrivals have a negative exponential distribution, with mean 1/λ, ie F (x )=1−e −λx . The procedure outlined above says that we generate a uniform random variable Y , set Y =1−e −λX , so that X =F −1(Y )=−ln(1−Y )λis our desired variable.This procedure works well if we can find an explicit formula for the inverse transform (.)1−F , if we can’t find an explicit formula for this, then we have to resort to other methods.Generating Gaussian Random VariablesThe method described above requires an analytic expression for the distribution function of the random variable. For a Gaussian rv, we do not have such an expression, so we need to find another way of generating such a random variable.Method 1One option is to use a rational approximation to the inverse of the distribution function (Abramowitz & Stegun, "Handbook of Mathematical Functions") as follows:To find x p such that Q (x p )=p , where Q (x )=12πe −t 2/2dt x∞∫:x p =t −c 0+c 1t +c 2t 21+d 1t +d 2t 2+d 3t 3, t =ln 1p 2 c 0=2.515517d 1=1.432788c 1=0.802853d 2=0.189269c 2=0.010328d 3=0.001308The approximation has maximum error of 4.5×10−4in p .Method 2Let {U i }be a sequence of iid uniform random variables on [0,1). Then X =U i i =112∑−6isapproximately Gaussian with zero mean and unit variance (by the central limit theorem).Method 3 (Box-Muller)Let U 1 and U 2 be independent and uniformly distributed on (0, 1).Set Θ=2πU 1 and R =12ln U 2.Then X =R cos Θ and Y =R sin Θare independent standard normal variates.Method 4Ripley lists several other methods for doing this. One of the simplest is as follows (Ripley, Algorithm 3.6):The algorithm generates two independent Gaussian random variables, with zero mean and unit variance.1. RepeatGenerate 21,V V independent and uniformly distributed on (–1, 1)until 12221<+=V V W2.Let W W C ln 21−−=3. Return 1V C X = and 2CV Y =This method is usually faster than method 3 because it avoids having to evaluate the trigonemetric functions sin and cos.How does it work?Step 1 gives a pair of rv's ()21,V V uniformly distributed on the unit disk.Let ()Θ,R be the polar coordinates of ()21,V V , so 2R W =.Then ()Θ,W has joint pdf 12π on (0,1)×(0,2π).Let W E ln −=. Then ()11ln 2cos 2CV W V W E X =−=Θ=, and similarly 2sin 2CV E Y =Θ=.In reverse, consider a pair of independent standard normal random variables X and Y .Their joint pdf is ()222,21,+−=y x Y X e y x p π on (−∞,∞)×(−∞,∞). Let ()Θ,R be the polar coordinates of ()Y X ,. Then ()Θ,R has joint pdf −2221r re πon (0,∞)×(0,2π) (by transformation of random variables), i.e. R and Θ are independent (R is Rayleigh distributed and Θ is uniformly distributed)Now, 222Y X R S +== has a χ22 distribution, which is the same as a negative exponential distribution of mean 2.Now let 2/S e U −=, so {}{}{}()u e u S u S u U u ==−≥=≤−=≤−−2/ln 2ln 2Pr ln 2/Pr PrFor 10<≤u , i.e. ()Θ,U is uniformly distributed on the unit disk.ReferenceB.D. Ripley, Stochastic Simulation , Wiley, 1987Lognormal Distribution - Base eLet X =e Y where Y is a Normal random variable, Y ~N (µ,σ2)Then X is said to have a lognormal distribution, with parameters µ and σ .By a simple transformation of random variables: p X (x )=1x σ2πe −(ln x −µ)2/(2σ2) E {X }=e (µ+σ2/2)var{X }=e (2µ+σ2)(e σ2−1)=E {X }()2(e σ2−1)c X 2=var{X }E {X }2=(e σ2−1) E {X n }=e (n µ+n 2σ2/2)To generate a lognormal rv, first generate the normal rv Y , then transform by X =e Y .Lognormal Distribution - Base 10 (decibel form)Let X =10Y /10 where Y is a Normal random variable, Y ~N (µ,σ2)Then X is said to have a lognormal distribution, with “mean” µ dB, and “variance” σ dB.Note that these are not really the true mean and true variance of the lognormal distribution - but it is easier to specify the parameters as parameters of the normal distribution instead of the lognormal.To find the real mean and variance:Let X =10Y /10=e Y ln10/10=e Z with Z ~N µln10/10,(σln10/10)2()ThereforeE {X }=e (µln 10/10+(σln 10/10)2/2)=10(µ/10+σ2ln10/200)var{X }=E {X }()2(e (σln10/10)2−1)=E {X }()2(10σ2ln 10/100−1)To generate a lognormal rv, first generate the normal rv Y , then transform by X =10Y /10.General Discrete DistributionAssume that we want to generate discrete random variables from a specified distribution, e.g. {p k ;k =0,1,L ,N }.Inversion MethodThe inversion method reduces to searching for an appropriate index in a table of probabilities:If ∑∑=−=<≤jk k j k k p U p 010 then return j X =.ExampleAssume that the required distribution is p 0=0.5;p 1=0.3;p 2=0.2.Then, if 5.00.0<≤U return 0=Xif 8.05.0<≤U return 1=Xif 0.18.0<≤U return 2=XTable MethodGenerate a large array of size M , withelements 1 to Mp 0 having the value 0,elements Mp 0+1 to Mp 0+Mp 1 having the value 1,elements Mp 0+Mp 1+1 to Mp 0+Mp 1+Mp 2 having the value 2,etcThen generate a uniform integer rv X from 1 to M. The X th element of the array is a rv with the required distribution.This algorithm is very fast to run, but this is achieved at the expense of often requiring the allocation of large amounts of storage for the arrays.Example 1Assume that the required distribution is p 0=0.5;p 1=0.3;p 2=0.2.Then construct an array of size 10 where 5 elements are zero, 3 are 1, and 2 are 2, i.e. 0,0,0,0,0,1,1,1,2,2[].Now sample uniformly from this array. To do this, generate a uniform integer rv distributed from 1 to 10. If the generated rv is X , choose the X th element of the array.Example 2: Poisson distributionAssume that the required distribution is p k=A kk!A ii!i=0N∑, i.e. a truncated Poisson distribution.Assume that A = 5 and N = 8, so {p k}={0.0072, 0.0362, 0.0904, 0.1506, 0.1883, 0.1883, 0.1569, 0.1121, 0.0700}Construct an array of size (say) 10000 whereelements 1 to 72 have the value 0,elements 73 to 434 have the value 1,elements 435 to 1338 have the value 2,elements 1339 to 2844 have the value 3,elements 2845 to 4727 have the value 4,elements 4728 to 6610 have the value 5,elements 6611 to 8179 have the value 6,elements 8180 to 9300 have the value 7,elements 9301 to 10000 have the value 8.Now sample randomly from this array. The resulting rv will be approximately the required truncated Poisson.。

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