JS语言里常见的随机函数示例，实验结果分布规律分析

2023-08-04 17:42 由熊仔其人发表于 #前端开发

　　在JavaScript语言里有个 Math.random() 随机函数，用于生成指定范围内的随机数。

Math.random()函数

　　根据官方的定义: Math.random() 函数返回一个浮点数, 伪随机数在范围[0，1)，也就是说，从0（包括0）往上，但是不包括1（排除1），然后您可以缩放到所需的范围。实现将初始种子选择到随机数生成算法;它不能被用户选择或重置。

也就是说 random() 方法可返回介于 0 ~ 1 之间的一个随机数。比如：0.9322870363051519、0.08182448197313485、0.6718927278167157，每次调用它会返回一个含16位小数的随机浮点数。

　　我们日常代码过程中实际上是需要生成整数，或是指定区间的随机数，这就需要对它封装改造一下了。常见的封装改造有以下几种。

随机整数：floor + random

示例：生成随机整数，传入参数是最大值(不包括)，即返回值是 [0, max）

function getRandomInt(max) {
  return Math.floor(Math.random() * Math.floor(max));
}

console.log(getRandomInt(3));
// expected output: 0, 1 or 2

console.log(getRandomInt(1));
// expected output: 0

指定区间的随机数（一）

示例：这个例子返回了一个在指定值之间的随机数 [min, max）。这个值不小于 min（有可能等于），并且小于（不等于）max。

function getRandomArbitrary(min, max) {
  return Math.random() * (max - min) + min; 
}

console.log(getRandomArbitrary(1,3));
// expected output: 1.0501238302537486，1.9956248025522734，2.7839421306375227 ……

指定区间的随机数（二）

示例：这个例子返回了一个在指定值之间的随机整数 [min, max）。这个值不小于 min （如果 min 不是整数，则不小于 min 的向上取整数），且小于（不等于）max。

function getRandomInt(min, max) {
  min = Math.ceil(min);
  max = Math.floor(max);
  return Math.floor(Math.random() * (max - min)) + min; //不含最大值，含最小值
}

console.log(getRandomInt(1,3));
// expected output: 1 or 2

也许很容易想到用 Math.round() 来实现，但是这会导致你的随机数处于一个不均匀的分布，这可能不符合你的需求。

指定区间的随机数（三）

上一个例子提到的函数 getRandomInt() 结果范围包含了最小值，但不含最大值。如果你的随机结果需要同时包含最小值和最大值，怎么办呢? getRoundRandom() 函数可以实现得到一个两数之间的随机整数，包括两个数在内。

示例：这个例子返回了一个在指定值之间的随机整数 [min, max]。这个值不小于 min （如果 min 不是整数，则不小于 min 的向上取整数），且不大于max（如果 max 不是整数，则不小于 max 的向下取整数）。

function getRoundRandom(min, max){
    return Math.round(Math.random()*(max-min))+min;
}

console.log(myRoundRandom(1,3));
// expected output: 1, 2 or 3

　　需要注意：Math.round() 函数返回一个数字四舍五入后最接近的整数。它取整的结果分布不均，大概成正泰分布。验证：var num = getRoundRandom(0, 5); 生成5轮，每轮10000个结果分布如下：

指定区间的随机数（四）

得到一个两数之间的随机整数，包括两个数在内。如果想概率分布均匀一点可以使用 Math.trunc()
Math.trunc() 方法会将数字的小数部分去掉，只保留整数部分。Math.trunc() 的执行逻辑很简单，仅仅是删除掉数字的小数部分和小数点，不管参数是正数还是负数。传入该方法的参数会被隐式转换成数字类型。

示例：这个例子返回了一个在指定值之间的随机整数 [min, max]。这个值不小于 min，且不大于max。

function getTruncRandom(min, max){
    return Math.trunc(Math.random()*(max-min+1))+min;
}

console.log(getTruncRandom(1,3));
// expected output: 1, 2 or 3

可以简写：const getTruncRandom=(min,max)=>Math.trunc(Math.random()*(max-min+1)+min);

验证：var num = getTruncRandom(0, 5); 生成5轮，每轮10000个结果分布如下：

指定区间的随机数（五）

前面例子提到的函数 getRandomInt() 结果范围包含了最小值，但不含最大值。如果你的随机结果需要同时包含最小值和最大值，怎么办呢? getRandomIntInclusive() 函数可以实现得到一个两数之间的随机整数，包括两个数在内。

function getRandomIntInclusive(min, max) {
  min = Math.ceil(min);
  max = Math.floor(max);
  return Math.floor(Math.random()*(max-min+1))+min; //含最大值，含最小值 
}

console.log(getRandomIntInclusive(1,3));
// expected output: 1, 2 or 3

验证：var num = getRandomIntInclusive(0, 5); 生成5轮，每轮10000个结果分布如下：

总结

　　1，实验三采用round + random方式最终验证随机结果分布不均衡，不予采用；
　　2，实验四、实验五最终验证随机结果分布接近均衡，均可以采用；
　　3，实验四利用 trunc + random 实现方式简洁，运算次数更少，推荐采用；

附件代码：生成5轮，每轮10000个结果分布

<script>
    // round + random()函数
    function getRoundRandom(min, max){
        return Math.round(Math.random()*(max-min))+min;
        /* 实验结果
        游戏开始：zero = 0 one =0 two =0 three =0 four =0 five=0
        游戏结束：zero = 1034 one =2011 two =1965 three =2004 four =1978 five=1008
        游戏结束：zero = 978 one =2097 two =1967 three =1947 four =2062 five=949
        游戏结束：zero = 1083 one =2066 two =1933 three =1908 four =1986 five=1024
        游戏结束：zero = 994 one =1974 two =2092 three =1918 four =1967 five=1055
        游戏结束：zero = 1010 one =1979 two =2086 three =1970 four =1944 five=1011
        */
    }
    // trunc + random()函数
    function getTruncRandom(min, max){
        return Math.trunc(Math.random()*(max-min+1))+min;
        /* 实验结果
        游戏开始：zero = 0 one =0 two =0 three =0 four =0 five=0
        游戏结束：zero = 1752 one =1607 two =1636 three =1631 four =1650 five=1724
        游戏结束：zero = 1667 one =1660 two =1696 three =1654 four =1646 five=1677
        游戏结束：zero = 1708 one =1658 two =1658 three =1724 four =1619 five=1633
        游戏结束：zero = 1688 one =1620 two =1689 three =1664 four =1664 five=1675
        游戏结束：zero = 1737 one =1644 two =1655 three =1656 four =1694 five=1614
        */
    }
    // ceil + floor + random()函数
    function getRandomIntInclusive(min, max) {
        min = Math.ceil(min);
        max = Math.floor(max);
        return Math.floor(Math.random() * (max - min + 1)) + min; //含最大值，含最小值 
    }

    function guess(){
        var zero = one = two = three = four = five = 0; // 记录每个数出现次数

        console.log('游戏开始：zero = '+zero+' one ='+one+' two ='+two+' three ='+three+' four ='+four+' five='+five);
        for(var i=0; i<10000; i++)
        {
            // 自定义生成随机数
            // var num = getRoundRandom(0, 5); 
            // var num = getTruncRandom(0, 5); 
            var num = getRandomIntInclusive(0, 5);
            
            // 对结果类型计数
            switch(num){
                case 0: zero++; break;
                case 1: one++; break;
                case 2: two++; break;
                case 3: three++; break;
                case 4: four++; break;
                case 5: five++; break;
                default: console.error('生成数字错误 num='+num);
            }
        }

        // 该轮结束输出结果类型计数
        console.log('游戏结束：zero = '+zero+' one ='+one+' two ='+two+' three ='+three+' four ='+four+' five='+five);
    }

    guess();
</script>

【完】

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