给定一个函数,它产生的是1到5之间的随机整数,写一个函数,它产生的是1到7之间的随机整数。
当前回答
对于范围[1,5]到[1,7],这相当于用一个5面骰子滚动一个7面骰子。
然而,如果不“浪费”随机性(或者在最坏的情况下永远运行),就无法做到这一点,因为7的所有质因数(即7)都不能整除5。因此,最好的方法是使用拒绝抽样来获得任意接近于不“浪费”随机性的结果(例如,将多个5面骰子摇到5^n“足够接近”7的幂)。这个问题的解决方案已经在其他答案中给出了。
更一般地说,用p面骰子掷k面骰子的算法将不可避免地“浪费”随机性(并且在最坏的情况下永远运行),除非“每个质数能除k也能除p”,根据B. Kloeckner的“用骰子模拟骰子”中的引理3。例如,举一个更实际的例子,p是2的幂,k是任意的。在这种情况下,这种“浪费”和无限的运行时间是不可避免的,除非k也是2的幂。
其他回答
我知道它已经被回答了,但这似乎是可以工作的,但我不能告诉你它是否有偏见。我的“测试”表明,这至少是合理的。
也许亚当·罗森菲尔德会好心地评论一下?
我(天真?)的想法是这样的:
积累rand5,直到有足够的随机位形成rand7。这最多需要2兰特。为了得到rand7,我使用累计值mod 7。
为了避免累加器溢出,由于累加器是mod 7,那么我取累加器的mod 7:
(5a + rand5) % 7 = (k*7 + (5a%7) + rand5) % 7 = ( (5a%7) + rand5) % 7
rand7()函数如下:
(我让rand5的范围是0-4,rand7也是0-6。)
int rand7(){
static int a=0;
static int e=0;
int r;
a = a * 5 + rand5();
e = e + 5; // added 5/7ths of a rand7 number
if ( e<7 ){
a = a * 5 + rand5();
e = e + 5; // another 5/7ths
}
r = a % 7;
e = e - 7; // removed a rand7 number
a = a % 7;
return r;
}
编辑:增加了1亿次试验的结果。
'Real' rand函数mod 5或7
rand5 : 平均=1.999802 0:20003944 1:19999889 2:20003690 3:19996938 4:19995539 Rand7 : 平均=3.000111 0:14282851 1:14282879 2:14284554 3:14288546 4:14292388 5:14288736 6:14280046
我的边缘7
平均数看起来不错,数字分布也不错。
Randt : 平均=3.000080 0:14288793 1:14280135 2:14287848 3:14285277 4:14286341 5:14278663 6:14292943
该算法将rand5的调用次数减少到理论最小值7/5。通过产生接下来的5个rand7数字来调用它7次。
没有任何随机位的拒绝,也不可能一直等待结果。
#!/usr/bin/env ruby
# random integer from 1 to 5
def rand5
STDERR.putc '.'
1 + rand( 5 )
end
@bucket = 0
@bucket_size = 0
# random integer from 1 to 7
def rand7
if @bucket_size == 0
@bucket = 7.times.collect{ |d| rand5 * 5**d }.reduce( &:+ )
@bucket_size = 5
end
next_rand7 = @bucket%7 + 1
@bucket /= 7
@bucket_size -= 1
return next_rand7
end
35.times.each{ putc rand7.to_s }
这个答案更像是一个从Rand5函数中获得最大熵的实验。因此,T有点不清楚,几乎可以肯定比其他实现慢得多。
假设0-4为均匀分布,0-6为均匀分布:
public class SevenFromFive
{
public SevenFromFive()
{
// this outputs a uniform ditribution but for some reason including it
// screws up the output distribution
// open question Why?
this.fifth = new ProbabilityCondensor(5, b => {});
this.eigth = new ProbabilityCondensor(8, AddEntropy);
}
private static Random r = new Random();
private static uint Rand5()
{
return (uint)r.Next(0,5);
}
private class ProbabilityCondensor
{
private readonly int samples;
private int counter;
private int store;
private readonly Action<bool> output;
public ProbabilityCondensor(int chanceOfTrueReciprocal,
Action<bool> output)
{
this.output = output;
this.samples = chanceOfTrueReciprocal - 1;
}
public void Add(bool bit)
{
this.counter++;
if (bit)
this.store++;
if (counter == samples)
{
bool? e;
if (store == 0)
e = false;
else if (store == 1)
e = true;
else
e = null;// discard for now
counter = 0;
store = 0;
if (e.HasValue)
output(e.Value);
}
}
}
ulong buffer = 0;
const ulong Mask = 7UL;
int bitsAvail = 0;
private readonly ProbabilityCondensor fifth;
private readonly ProbabilityCondensor eigth;
private void AddEntropy(bool bit)
{
buffer <<= 1;
if (bit)
buffer |= 1;
bitsAvail++;
}
private void AddTwoBitsEntropy(uint u)
{
buffer <<= 2;
buffer |= (u & 3UL);
bitsAvail += 2;
}
public uint Rand7()
{
uint selection;
do
{
while (bitsAvail < 3)
{
var x = Rand5();
if (x < 4)
{
// put the two low order bits straight in
AddTwoBitsEntropy(x);
fifth.Add(false);
}
else
{
fifth.Add(true);
}
}
// read 3 bits
selection = (uint)((buffer & Mask));
bitsAvail -= 3;
buffer >>= 3;
if (selection == 7)
eigth.Add(true);
else
eigth.Add(false);
}
while (selection == 7);
return selection;
}
}
每次调用Rand5添加到缓冲区的比特数目前是4/5 * 2,所以是1.6。 如果包括1/5的概率值,则增加0.05,因此增加1.65,但请参阅代码中的注释,我不得不禁用它。
调用Rand7消耗的比特数= 3 + 1/8 *(3 + 1/8 *(3 + 1/8 *(… 这是3 + 3/8 + 3/64 + 3/512…大约是3.42
通过从7中提取信息,我每次调用回收1/8*1/7位,大约0.018
这使得每次调用的净消耗为3.4比特,这意味着每一次Rand7调用到Rand5的比率为2.125。最优值应该是2.1。
我可以想象这种方法比这里的许多其他方法都要慢得多,除非调用Rand5的代价非常昂贵(比如调用一些外部熵源)。
什么是简单的解决方案?(rand5() + rand5()) % 7 + 1 减少内存使用或在较慢的CPU上运行的有效解决方案是什么?是的,这是有效的,因为它只调用rand5()两次,空间复杂度为O(1)
考虑rand5()给出从1到5(包括)的随机数。 (1 + 1) % 7 + 1 = 3 (1 + 2) % 7 + 1 = 4 (1 + 3) % 7 + 1 = 5 (1 + 4) % 7 + 1 = 6 (1 + 5) % 7 + 1 = 7
(2 + 1) % 7 + 1 = 4 (2 + 2) % 7 + 1 = 5 (2 + 3) % 7 + 1 = 6 (2 + 4) % 7 + 1 = 7 (2 + 5) % 7 + 1 = 1 .
(5 + 1) % 7 + 1 = 7 (5 + 2) % 7 + 1 = 1 (5 + 3) % 7 + 1 = 2 (5 + 4) % 7 + 1 = 3 (5 + 5) % 7 + 1 = 4 .
等等
就是这样,均匀分布,零rand5调用。
def rand7:
seed += 1
if seed >= 7:
seed = 0
yield seed
需要事先播种。