在Javascript中播种随机数生成器

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是否可以在Javascript中播种随机数生成器(Math.random)?

javascript random
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不,它不是,但是编写自己的生成器相当容易,或者更好地使用现有的生成器。退房:this related question

另外,请参阅David Bau的more information on seeding博客。


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Math.random没有,但是ran library解决了这个问题。它几乎包含您可以想象的所有发行版,并支持种子随机数生成。例:

ran.core.seed(0)
myDist = new ran.Dist.Uniform(0, 1)
samples = myDist.sample(1000)

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我编写了一个返回种子随机数的函数,它使用Math.sin来获得一个长随机数,并使用种子从中选择数字。

使用 :

seedRandom("k9]:2@", 15)

它将返回您的种子数,第一个参数是任何字符串值;你的种子。第二个参数是返回多少位数。

     function seedRandom(inputSeed, lengthOfNumber){

           var output = "";
           var seed = inputSeed.toString();
           var newSeed = 0;
           var characterArray = ['0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','y','x','z','A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','U','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','!','@','#','$','%','^','&','*','(',')',' ','[','{',']','}','|',';',':',"'",',','<','.','>','/','?','`','~','-','_','=','+'];
           var longNum = "";
           var counter = 0;
           var accumulator = 0;

           for(var i = 0; i < seed.length; i++){
                var a = seed.length - (i+1);
                for(var x = 0; x < characterArray.length; x++){
                     var tempX = x.toString();
                     var lastDigit = tempX.charAt(tempX.length-1);
                     var xOutput = parseInt(lastDigit);
                     addToSeed(characterArray[x], xOutput, a, i); 
                }                  
           }

                function addToSeed(character, value, a, i){
                     if(seed.charAt(i) === character){newSeed = newSeed + value * Math.pow(10, a)}
                }
                newSeed = newSeed.toString();

                var copy = newSeed;
           for(var i=0; i<lengthOfNumber*9; i++){
                newSeed = newSeed + copy;
                var x = Math.sin(20982+(i)) * 10000;
                var y = Math.floor((x - Math.floor(x))*10);
                longNum = longNum + y.toString()
           }

           for(var i=0; i<lengthOfNumber; i++){
                output = output + longNum.charAt(accumulator);
                counter++;
                accumulator = accumulator + parseInt(newSeed.charAt(counter));
           }
           return(output)
      }

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固定种子的简单方法:

function fixedrandom(p){
    const seed = 43758.5453123;
    return (Math.abs(Math.sin(p)) * seed)%1;
}

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对于0到100之间的数字。

Number.parseInt(Math.floor(Math.random() * 100))

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注意:尽管(或者更确切地说,由于)简洁和明显的优雅,这种算法在随机性方面绝不是高质量的算法。寻找例如在this answer列出的那些更好的结果。

(最初改编自对另一个答案的评论中提出的一个聪明的想法。)

var seed = 1;
function random() {
    var x = Math.sin(seed++) * 10000;
    return x - Math.floor(x);
}

您可以将seed设置为任意数字,只需避免零(或Math.PI的任意倍数)。

在我看来,这个解决方案的优雅来自于缺少任何“神奇”数字(除了10000,代表你必须扔掉以避免奇怪模式的最小数字位数 - 请参阅值为101001000的结果)。简洁也很好。

它比Math.random()慢一点(比例为2或3),但我相信它与用JavaScript编写的任何其他解决方案一样快。


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我已经在纯JavaScript中实现了许多优秀的,短的和快速的可复制PRNG函数。所有这些都可以播种并提供高质量的数字。

首先,注意正确初始化您的PRNG。下面的大多数生成器没有内置的种子生成过程,但是接受一个或多个32位值作为PRNG的初始状态。类似的种子(例如1和2的种子)可以在较弱的PRNG中引起相关,导致输出具有相似的性质(例如随机生成的水平相似)。为避免这种情况,最佳做法是使用分布均匀的种子初始化PRNG。

值得庆幸的是,哈希函数非常适合从短字符串为PRNG生成种子。即使两个字符串相似,良好的散列函数也会产生非常不同的结果。以下是基于MurmurHash3混音功能的示例:

function xmur3(str) {
    for(var i = 0, h = 1779033703 ^ str.length; i < str.length; i++)
        h = Math.imul(h ^ str.charCodeAt(i), 3432918353),
        h = h << 13 | h >>> 19;
    return function() {
        h = Math.imul(h ^ h >>> 16, 2246822507);
        h = Math.imul(h ^ h >>> 13, 3266489909);
        return (h ^= h >>> 16) >>> 0;
    }
}

对return函数的每次后续调用都会产生一个新的“随机”32位散列值,用作PRNG中的种子。以下是您可以使用它的方法:

// Create xmur3 state:
var seed = xmur3("apples");
// Output four 32-bit hashes to provide the seed for sfc32.
var rand = sfc32(seed(), seed(), seed(), seed());

// Output one 32-bit hash to provide the seed for mulberry32.
var rand = mulberry32(seed());

// Obtain sequential random numbers like so:
rand();
rand();

这当然是功能性的JS,但它可以被客观化。

另外需要注意的是,这些都是32位生成器,这意味着所有内容都受32位操作的约束,模拟32位C代码。事实证明这是一个不错的折衷方案,因为32位整数在现代JS引擎中得到了一些优化提升。 JS只能执行32位按位运算,甚至无法进行64位数学运算。 JS有53位整数的限制,但即便如此,你需要很多技巧来有效地利用它们。这就是为什么Baagøe的超高速53位Alea generator比这些实现更慢的原因。

向货物(发电机)前进。


sfc32

这个gem来自PractRand随机数测试套件,它可以毫无问题地通过。 PractRand据称甚至比TestU01更严格。 sfc32具有128位状态,在JS中也非常快(xoshiro128 **稍快,但质量更差)。这可能是我选择的PRNG。

function sfc32(a, b, c, d) {
    return function() {
      a >>>= 0; b >>>= 0; c >>>= 0; d >>>= 0; 
      var t = (a + b) | 0;
      a = b ^ b >>> 9;
      b = c + (c << 3) | 0;
      c = (c << 21 | c >>> 11);
      d = d + 1 | 0;
      t = t + d | 0;
      c = c + t | 0;
      return (t >>> 0) / 4294967296;
    }
}

Mulberry32

Mulberry32也非常快,质量很好(作者声称它通过了gjrand的所有测试)。如果你只需要一个简单但不错的PRNG,我会推荐这个。

它具有32位的状态和232的完整周期。如果你只想用一个32位整数种子并且不关心birthday problem,这是理想的。 Mulberry32中有43亿个可能状态,而sfc32 / xoshiro128 **中有340个未命中状态。

function mulberry32(a) {
    return function() {
      var t = a += 0x6D2B79F5;
      t = Math.imul(t ^ t >>> 15, t | 1);
      t ^= t + Math.imul(t ^ t >>> 7, t | 61);
      return ((t ^ t >>> 14) >>> 0) / 4294967296;
    }
}

xoshiro128**

截至2018年5月,xoshiro128 **是Xorshift family的新成员。它提供128位状态,速度超快。

function xoshiro128ss(a, b, c, d) {
    return function() {
        var t = b << 9, r = a * 5; r = (r << 7 | r >>> 25) * 9;
        c ^= a; d ^= b;
        b ^= c; a ^= d; c ^= t;
        d = d << 11 | d >>> 21;
        return (r >>> 0) / 4294967296;
    }
}

这个PRNG是Blackman / Vigna的最新版本,他还编写了2015年在谷歌Chrome中使用的PRNGs xorshift128 +和xoroshiro。它是少数几款具有32位版本的现代PRNG之一。 xoroshiro64**也是一个很有前途的选择,但只有64位状态,并且很大程度上被xoshiro取代。

作者声称它很好地通过了随机性测试(albeit with caveats)。其他研究人员指出,在BigCrush中失败了一些测试(特别是LinearComp和BinaryRank)。但实际上并不重要,特别是如果将32位值转换为0-1之间的浮点数,就像这些PRNG一样。但是,如果依赖于低位,则可能会导致问题。

JSF

这是由Bob Jenkins(2007)制作的JSF或'smallprng',他是制作ISAACSpookyHash的人。它在PractRand测试中的performs well应该非常快。假设平均周期长度为2 ^ 126,但“尚未正式确定”。

function JSF(seed) {
    function jsf() {
        var e = s[0] - (s[1]<<27 | s[1]>>>5);
         s[0] = s[1] ^ (s[2]<<17 | s[2]>>>15),
         s[1] = s[2] + s[3],
         s[2] = s[3] + e, s[3] = s[0] + e;
        return (s[3] >>> 0) / 4294967296; // 2^32
    }
    seed >>>= 0;
    var s = [0xf1ea5eed, seed, seed, seed];
    for(var i=0;i<20;i++) jsf();
    return jsf;
}

此版本不需要单独的种子功能。但结果是,只有32位可以播种,并且该版本预先运行jsf()20次以分散初始状态,这可能是昂贵的。

如果需要,可以直接初始化整个128位状态并删除for循环。我决定保留原始构造,因为作者验证了给定配置中每个可能的32位种子的循环长度。

LCG (aka Lehmer/Park-Miller RNG or MLCG)

这只是为了提供其他答案中提到的选项的更好的替代方案,例如Math.sinMath.PI方法,这些方法在不同平台上不太一致或可靠。这种LCG实现非常快,但只有31位状态,并且未能通过前面提到的生成器通过飞行颜色的一些统计测试。虽然这是一个单行 - 这很好:)。

var LCG=s=>()=>(2**31-1&(s=Math.imul(48271,s)))/2**31;

这是Park–Miller in 1988 & 1993提出的最小标准RNG,并在C ++ 11中用minstd_rand实现。请记住,状态和周期仅为31位(31位给出20亿个可能状态,32位给出两倍)。这是其他人试图取代的PRNG类型。

它会工作,但我不会使用它,除非你真的需要速度而不关心随机性质量(无论如何是什么?)或者如果你不介意31位状态/周期大小。非常适合游戏果酱或演示或其他东西。此外,LCG受种子相关影响,因此最好丢弃LCG的第一个结果。

似乎有其他乘法器可以提供完整的32位状态。我不知道这些在统计上是否比Park-Miller更好/更差,但在这里它们是完整的。

var LCG=s=>()=>((s=Math.imul(741103597,s))>>>0)/2**32;
var LCG=s=>()=>((s=Math.imul(1597334677,s))>>>0)/2**32;

这些乘数来自:P。L'Ecuyer:1997年4月30日的不同尺寸和良好晶格结构的线性同余发电机表。


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不,但这里是一个简单的伪随机生成器,Multiply-with-carry的实现,我改编自Wikipedia(自那以后被删除):

var m_w = 123456789;
var m_z = 987654321;
var mask = 0xffffffff;

// Takes any integer
function seed(i) {
    m_w = (123456789 + i) & mask;
    m_z = (987654321 - i) & mask;
}

// Returns number between 0 (inclusive) and 1.0 (exclusive),
// just like Math.random().
function random()
{
    m_z = (36969 * (m_z & 65535) + (m_z >> 16)) & mask;
    m_w = (18000 * (m_w & 65535) + (m_w >> 16)) & mask;
    var result = ((m_z << 16) + (m_w & 65535)) >>> 0;
    result /= 4294967296;
    return result;
}

编辑:通过使其重置m_z来修复种子功能 EDIT2:严重的实施缺陷已得到修复


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AnttiSykäri的算法很简洁。当你调用Math.seed(s)时,我最初做了一个替换Javascript的Math.random的变体,但是后来Jason评论说返回函数会更好:

Math.seed = function(s) {
    return function() {
        s = Math.sin(s) * 10000; return s - Math.floor(s);
    };
};

// usage:
var random1 = Math.seed(42);
var random2 = Math.seed(random1());
Math.random = Math.seed(random2());

这为您提供了Javascript不具备的另一项功能:多个独立的随机生成器。如果您希望同时运行多个可重复的模拟,这一点尤为重要。


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请参阅Pierre L'Ecuyer的工作,可追溯到20世纪80年代末和90年代初。还有其他人。如果您不是专家,自己创建一个(伪)随机数生成器是非常危险的,因为很可能结果不是统计随机的或者有一个小周期。皮埃尔(和其他人)已经将一些易于实现的好(伪)随机数生成器组合在一起。我使用他的一个LFSR发电机。

https://www.iro.umontreal.ca/~lecuyer/myftp/papers/handstat.pdf

菲尔特洛伊


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编写自己的伪随机生成器非常简单。

Dave Scotese的建议很有用,但正如其他人所指出的那样,它的分布并不均匀。

但是,这不是因为sin的整数参数。这只是因为罪的范围,恰好是一个圆的一维投影。如果你采取圆的角度,它将是均匀的。

因此,而不是sin(x)使用arg(exp(i * x))/(2 * PI)。

如果您不喜欢线性顺序,请将其与xor混合一点。实际因素也无关紧要。

要生成n个伪随机数,可以使用以下代码:

function psora(k, n) {
  var r = Math.PI * (k ^ n)
  return r - Math.floor(r)
}
n = 42; for(k = 0; k < n; k++) console.log(psora(k, n))

另请注意,当需要真正的熵时,不能使用伪随机序列。


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如今,许多在Javascript中需要可播种随机数生成器的人正在使用David Bau's seedrandom module


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结合以前的一些答案,这是您正在寻找的种子随机函数:

Math.seed = function(s) {
    var mask = 0xffffffff;
    var m_w  = (123456789 + s) & mask;
    var m_z  = (987654321 - s) & mask;

    return function() {
      m_z = (36969 * (m_z & 65535) + (m_z >>> 16)) & mask;
      m_w = (18000 * (m_w & 65535) + (m_w >>> 16)) & mask;

      var result = ((m_z << 16) + (m_w & 65535)) >>> 0;
      result /= 4294967296;
      return result;
    }
}

var myRandomFunction = Math.seed(1234);
var randomNumber = myRandomFunction();
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