Генерация случайных чисел в Java

При разработке приложений часто нужно генерировать случайные числа. Java предоставляет для этого классы java.lang.Math и java.util.Random. В этой статье я расскажу о нескольких способах генерации случайных чисел и приведу конкретные примеры реализации.

Содержание

Генерация случайных чисел с помощью класса Math

Для генерации случайных чисел Java предоставляет класс Math, доступный в пакете java.util. Этот класс содержит статичный метод Math.random(), предназначенный для генерации случайных чисел типа double .

Метод random( ) возвращает положительное число большее или равное 0,0 и меньшее 1,0. При вызове данного метода создается объект генератора псевдослучайных чисел java.util.Random.

Math.random() можно использовать с параметрами и без. В параметрах задается диапазон чисел, в пределах которого будут генерироваться случайные значения.

Пример использования Math.random():

public static double getRandomNumber(){
    double x = Math.random();
    return x;
}

Метод getRandomNumber( ) использует Math.random() для возврата положительного числа, которое больше или равно 0,0 или меньше 1,0 .

Результат выполнения кода:

Double between 0.0 and 1.0: SimpleRandomNumber = 0.21753313144345698

Случайные числа в заданном диапазоне

Для генерации случайных чисел в заданном диапазоне необходимо указать диапазон. Синтаксис:

(Math.random() * ((max - min) + 1)) + min

Разобьем это выражение на части:

  1. Сначала умножаем диапазон значений на результат, который генерирует метод random().Math.random() * (max — min)возвращает значение в диапазоне [0 , max- min], где max не входит в заданные рамки. Например, выражение Math.random()*5 вернет значение в диапазоне [0 , 5], в который 5 не входит.
  2. Расширяем охват до нужного диапазона. Это делается с помощью минимального значения.
(Math.random() * ( max - min )) + min

Но выражение по-прежнему не охватывает максимальное значение.

  • Чтобы получить максимальное значение, прибавьте 1 к параметру диапазона (max — min). Это вернет случайное число в указанном диапазоне.
double x = (Math.random()*((max-min)+1))+min;

Существуют различные способы реализации приведенного выше выражения. Рассмотрим некоторые из них.

Случайное двойное число в заданном диапазоне

По умолчанию метод Math.random() при каждом вызове возвращает случайное число типа double . Например:

public static double getRandomDoubleBetweenRange(double min, double max){
    double x = (Math.random()*((max-min)+1))+min;
    return x;
}

Вы можете вызвать предыдущий метод из метода main, передав аргументы, подобные этому.

System.out.println("Double between 5.0 and 10.00: RandomDoubleNumber = 
"+getRandomDoubleBetweenRange(5.0, 10.00));

Результат.

System.out.println("Double between 5.0 and 10.00: RandomDoubleNumber = 
"+getRandomDoubleBetweenRange(5.0, 10.00));

Случайное целое число в заданном диапазоне

Пример генерации случайного целочисленного значения в указанном диапазоне:

public static double getRandomIntegerBetweenRange(double min, double max){
    double x = (int)(Math.random()*((max-min)+1))+min;
    return x;
}

Метод getRandomIntegerBetweenRange() создает случайное целое число в указанном диапазоне. Так как Math.random() генерирует случайные числа с плавающей запятой, то нужно привести полученное значение к типу int. Этот метод можно вызвать из метода main, передав ему аргументы следующим образом:

System.out.println("Integer between 2 and 6: RandomIntegerNumber 
= "+getRandomIntegerBetweenRange(2,6));

Результат.

Integer between 2 and 6: RandomIntegerNumber = 5

Примечание. В аргументах также можно передать диапазон отрицательных значений, чтобы сгенерировать случайное отрицательное число в этом диапазоне.

Генерация случайных чисел с помощью класса Random

Класс java.util.Random можно применять для генерации случайных чисел различных типов: int, float, double, long и boolean .

Для этого сначала создайте экземпляр класса Random, а затем вызовите один из методов генератора случайных значений: nextInt( ), nextDouble( ) или nextLong( ).

Метод nextInt( ) класса Random принимает граничное целое число и возвращает случайное значение int от 0 (включительно) до указанного предела (не включая).

Пример использования метода nextInt( ):

public static int generateRandomInt(int upperRange){
    Random random = new Random();
    return random.nextInt(upperRange);
}

Пример использования метода nextInt ( ) для генерации целого числа в заданном диапазоне:

public static int generateRandomIntIntRange(int min, int max) {
    Random r = new Random();
    return r.nextInt((max - min) + 1) + min;
}

Методы nextFloat ( ) и nextDouble( ) позволяют генерировать числа с плавающей запятой, а также значения типа double в диапазоне от 0,0 до 1,0.

Код для использования обоих методов:

public static double generateRandomDouble(){
    Random random = new Random();
    return random.nextDouble();
}
public static float generateRandomFloat(){
    Random random = new Random();
    return random.nextFloat();
}

Особенности генерации случайных чисел в Java 8

В Java 8 был представлен новый метод класса java.util.Random — ints(). Он возвращает неограниченный поток псевдослучайных значений int. Данный метод позволяет указать диапазон чисел, задав минимальное и максимальное значения.

Пример использования метода Random.ints() для генерации случайных целочисленных значений в указанном диапазоне:

public static int getRandomNumberInts(int min, int max){
    Random random = new Random();
    return random.ints(min,(max+1)).findFirst().getAsInt();
}

Метод getRandomNumberInts( ) генерирует поток случайных целых чисел от min(включительно) и до max (не входит в диапазон).

Метод ints( ) создает IntStream, поэтому будет вызвана функция findFirst( ). Она возвращает объект OptionalInt , который описывает первый элемент этого потока. Затем код вызывает метод getAsInt( ), чтобы вернуть значение int в OptionalInt.

Пример использования метода Random.ints() для генерации потока случайных целочисленных значений:

public static void getStreamOfRandomInts(int num) {
    Random random = new Random();
    random.ints(num).sorted().forEach(System.out::println);
}

Код для вызова предыдущего метода:

System.out.println("Random int stream: RandomIntStreamofSize = ");
RandomDemo.getStreamOfRandomInts(5);

Результат работы приведенного выше кода:

Random int stream: RandomIntStreamofSize = 
-1861317227
-1205557317
453883217
762357682
1725970934

Пример использования метода Random.ints() для генерации потока из диапазона случайных целочисленных значений:

public static void getStreamOfRandomIntsWithRange(int num, int min, int max) {
    Random random = new Random();
    random.ints(num,min, max).sorted().forEach(System.out::println);
}

Код для вызова приведенного выше метода:

System.out.println("Random int stream of specified size in range: 
RandomIntStreamofSizeInRange = ");
RandomDemo.getStreamOfRandomIntsWithRange(5,0,10);

Результат работы предыдущего примера:

Random int stream of specified size in range: RandomIntStreamofSizeInRange = 
2
2
3
4
6

Кроме ints( ) существует еще несколько методов, которые были добавлены к классу Random в Java 8. Они могут возвращать последовательный поток случайных чисел. Это:

  • LongStream longs( );
  • DoubleStream doubles( ).

Заключение

Класс java.util.Random реализует линейный конгруэнтный генератор (LCG). Он отличается быстротой работы. Но при этом он не подходит для использования в режиме реального времени. Например, для генерации уникального идентификатора сессии на сервере, в научных экспериментах, криптографии лотереях и розыгрышах.

Данная публикация представляет собой перевод статьи «Random Number Generation in Java» , подготовленной дружной командой проекта Интернет-технологии.ру

Меню