如何改善给定随机函数的均匀分布？ [已关闭]

Question

这个问题与 Linux 相关，如 Debian、bash 和使用 RANDOM 的给定函数。

每项改进都应该只使用 bash。

给出以下函数：

getRND(){
    min="${1:-1}"   ## min is the first parameter, or 1 if no parameter is given           
    max="${2:-100}" ## max is the second parameter, or 100 if no parameter is given
    rnd_count=$((RANDOM%(max-min+1)+min));
    echo "$rnd_count"
}

var=$(getRND -10 10) # Call the function
echo $var # output

如何：

• 提高随机性

该解决方案针对尚未安装 bash 5.1 的 Linux 系统，因此目前无法使用 SRANDOM。

Answer 1

可以对给定的随机函数进行哪些改进，使其更加随机或获得更大的范围或其他功能？

因此到目前为止还不能使用 SRANDOM。

如果可能的话，如何提高上述函数的随机性？

所以用你自己的语义编写你自己的 SRANDOM。例如：

srandom() {
   # take random number from /dev/urandom
   # we take only just 4 bytes - one 2^32 number
   printf "%d\n" "0x$(
       dd if=/dev/urandom of=/dev/stdout bs=4 count=1 status=none |
       xxd -p)"
}

然后：

normalize_value(){
   ...
   rnd=$(srandom)
   rnd_count=$((rnd / ...))
}

接受更广泛的号码

如果您对 shell 算术扩展的工作方式不满意，那么......使用不同的工具。

bc

计算器具有无限范围。

rnd_count=$(echo "
     # see https://superuser.com/questions/31445/gnu-bc-modulo-with-scale-other-than-0
     scale=0; 
     # super big random number from three 2^32 numbers
     rnd = $(srandom) * 2^(32*2) +  $(srandom) * 2^32 + $(srandom)
     rnd % ($max - $min + 1) + $min
     " | bc)

您可以使用

getrandom()

编写自己的 C 程序并即时编译它

echo "int main() { stuff(); }" | gcc -xc - && ./a.out; rm ./a.out

基本上可以为您提供任何您想要的语义。还有其他脚本语言，如 perl、python、ruby，它们很可能都有自己的大数库和 urandom 数生成实现。突破极限。

每项改进都应该只使用 bash。

从我的角度来看，这是一个毫无意义的限制 - 总的来说，我是根据结果获得报酬，而不是真正“如何”解决问题。无论如何，你可以，给你一堆如何继续的想法：

• 首先编写一个函数，从

  /dev/urandom

  读取并将字节转换为数字。
  • 我不知道如何在纯 bash 中做到这一点，同时将随机性保持在合理的水平。我怀疑输入会很快耗尽。
  • 您可以从 urandom 中读取一个字节。您必须忽略

    read

    退出状态，因为该字节可能为零字节或换行符。
  • 然后检查该字节是否是数字。如果不是，请重复上一步。
  • 将此类算法视为0-9范围内的随机数生成器。从这些数字中构建更大的数字。
• 然后使用算术扩展作为“后端”开发自己的大数库，用 bash 编写。
  • 看起来毫无意义，因为

    bc

    很常见。
  • 这将像通常的大数字库一样工作。
  • 我建议将数字存储为最大 2^16 的数字数组。为了获得灵感，请研究用 C 和 C++ 语言编写的类似库，并将其转换为 bash。

Answer 2

在主 shell 中为 RANDOM 创建种子并期望它在子 shell 中受到青睐是没有意义的，因为新 shell 会自己初始化种子。

因此您需要播种并使用主 shell 的 RANDOM 并将值传递给另一个函数进行转换。

这里有一个如何让你的种子发挥作用的例子：

#!/bin/bash


normalize_value(){
    value_to_normalize=$1
    min="${2:-1}"   ## min is the first parameter, or 1 if no parameter is given           
    max="${3:-100}" ## max is the second parameter, or 100 if no parameter is given
    rnd_count=$((value_to_normalize % (max-min+1)+min));
    echo "$rnd_count"
}

RANDOM=$(date +%s%N | cut -b10-19)

rnd=$RANDOM # get random value in a context of main shell and your seed
var=$(normalize_value $rnd -10 10) # pass random value into normalizer function
echo $var # output

###### following example will NOT WORK because statement refers to subshell's random generator
RANDOM=1
var=$(normalize_value $RANDOM -10 10) # wrong random sequence is used (not seeded by you)
echo $var # output

var=$(normalize_value $RANDOM -10 10) # wrong
echo $var # output

Answer 3

这就是当问题中的代码和 KamilCuk 答案中的代码组合在一个函数中以实现更均匀分布的随机时的样子：

#!/bin/bash

get_rnd_num_eq_dis(){
    min="${1:-1}"   # min is the first parameter, or 1 if no parameter is given           
    max="${2:-100}" # max is the second parameter, or 100 if no parameter is given
#   rnd=$(srandom)
    srnd="$((0x$(dd if=/dev/urandom of=/dev/stdout bs=4 count=1 status=none | xxd -p)))"
    rnd_count=$((srnd%(max-min+1)+min));
    echo "$rnd_count"
}

var=$(get_rnd_num_eq_dis -100 100) # Call the function
echo "$var" # output

sleep 2

备注：看起来可以使用的范围大于+-32000