除了我的第一个答案，我想再补充一个答案。这个答案试图最小化每次调用rand7()时对rand5()的调用次数，以最大限度地利用随机性。也就是说，如果你认为随机性是一种宝贵的资源，我们就会尽可能多地利用它，而不丢弃任何随机比特。这个答案也与伊万的回答中的逻辑有一些相似之处。

The entropy of a random variable is a well-defined quantity. For a random variable which takes on N states with equal probabilities (a uniform distribution), the entropy is log2 N. Thus, rand5() has approximately 2.32193 bits of entropy, and rand7() has about 2.80735 bits of entropy. If we hope to maximize our use of randomness, we need to use all 2.32193 bits of entropy from each call to rand5(), and apply them to generating 2.80735 bits of entropy needed for each call to rand7(). The fundamental limit, then, is that we can do no better than log(7)/log(5) = 1.20906 calls to rand5() per call to rand7().

附注:除非另有说明，否则此答案中的所有对数都将以2为底。Rand5()将被假定为返回范围[0,4]的数字，rand7()将被假定为返回范围[0,6]的数字。分别将范围调整为[1,5]和[1,7]是很简单的。

So how do we do it? We generate an infinitely precise random real number between 0 and 1 (pretend for the moment that we could actually compute and store such an infinitely precise number -- we'll fix this later). We can generate such a number by generating its digits in base 5: we pick the random number 0.a1a2a3..., where each digit ai is chosen by a call to rand5(). For example, if our RNG chose ai = 1 for all i, then ignoring the fact that that isn't very random, that would correspond to the real number 1/5 + 1/52 + 1/53 + ... = 1/4 (sum of a geometric series).

Ok, so we've picked a random real number between 0 and 1. I now claim that such a random number is uniformly distributed. Intuitively, this is easy to understand, since each digit was picked uniformly, and the number is infinitely precise. However, a formal proof of this is somewhat more involved, since now we're dealing with a continuous distribution instead of a discrete distribution, so we need to prove that the probability that our number lies in an interval [a, b] equals the length of that interval, b - a. The proof is left as an exercise for the reader =).

现在我们有一个从范围[0,1]中均匀选择的随机实数，我们需要将它转换为范围[0,6]中的一系列均匀随机数，以生成rand7()的输出。我们怎么做呢?与我们刚才所做的正好相反——我们将其转换为以7为底的无限精确小数，然后每个以7为底的数字将对应于rand7()的一个输出。

以前面的例子为例，如果rand5()产生无限的1流，那么我们的随机实数将是1/4。将1/4换算成7为底，我们得到了无穷大小数0.15151515…，因此我们将产生作为输出1,5,1,5,1,5，等等。

好了，我们有了主要的思想，但还有两个问题:我们实际上无法计算或存储一个无限精确的实数，那么我们如何处理它的有限部分呢?第二，我们怎么把它换算成7进制呢?

将0到1之间的数字转换为以7为底的一种方法如下:

乘以7 结果的积分部分是下一个以7为基数的数字 减去积分部分，只留下小数部分 转到第一步

为了处理无限精度的问题，我们计算一个部分结果，并存储结果的上界。也就是说，假设我们调用rand5()两次，两次都返回1。到目前为止，我们生成的数字是0.11(以5为基数)。无论rand5()调用的无限序列的剩余部分产生什么，我们生成的随机实数永远不会大于0.12:0.11≤0.11xyz…< 0.12。

因此，跟踪当前数字到目前为止，以及它可能的最大值，我们将两个数字都转换为以7为底。如果它们对前k位一致，那么我们就可以安全地输出下k位——不管以5为底的无限流是什么，它们永远不会影响以7为底表示的下k位!

这就是生成rand7()的下一个输出的算法，我们只生成rand5()的足够多的数字，以确保我们确定地知道在将随机实数转换为以7为底的过程中下一个数字的值。下面是一个带有测试工具的Python实现:

import random

rand5_calls = 0
def rand5():
    global rand5_calls
    rand5_calls += 1
    return random.randint(0, 4)

def rand7_gen():
    state = 0
    pow5 = 1
    pow7 = 7
    while True:
        if state / pow5 == (state + pow7) / pow5:
            result = state / pow5
            state = (state - result * pow5) * 7
            pow7 *= 7
            yield result
        else:
            state = 5 * state + pow7 * rand5()
            pow5 *= 5

if __name__ == '__main__':
    r7 = rand7_gen()
    N = 10000
    x = list(next(r7) for i in range(N))
    distr = [x.count(i) for i in range(7)]
    expmean = N / 7.0
    expstddev = math.sqrt(N * (1.0/7.0) * (6.0/7.0))

    print '%d TRIALS' % N
    print 'Expected mean: %.1f' % expmean
    print 'Expected standard deviation: %.1f' % expstddev
    print
    print 'DISTRIBUTION:'
    for i in range(7):
        print '%d: %d   (%+.3f stddevs)' % (i, distr[i], (distr[i] - expmean) / expstddev)
    print
    print 'Calls to rand5: %d (average of %f per call to rand7)' % (rand5_calls, float(rand5_calls) / N)

注意，rand7_gen()返回一个生成器，因为它的内部状态涉及到将数字转换为以7为基数。测试工具调用next(r7) 10000次以产生10000个随机数，然后测量它们的分布。只使用整数数学，所以结果是完全正确的。

还要注意，这里的数字变得非常大，非常快。5和7的幂增长很快。因此，在生成大量随机数后，由于大算术，性能将开始明显下降。但请记住，我的目标是最大化随机位的使用，而不是最大化性能(尽管这是次要目标)。

在一次运行中，我对rand5()进行了12091次调用，对rand7()进行了10000次调用，实现了log(7)/log(5)次调用的最小值，平均为4位有效数字，结果输出是均匀的。

为了将这段代码移植到一种没有内置任意大整数的语言中，您必须将pow5和pow7的值限制为本地整型类型的最大值——如果它们变得太大，则重置所有内容并重新开始。这将使每次调用rand7()时对rand5()的平均调用次数略有增加，但希望即使对于32或64位整数也不会增加太多。

这里允许作业题吗?

这个函数进行粗略的“以5为基数”的数学运算，生成0到6之间的数字。

function rnd7() {
    do {
        r1 = rnd5() - 1;
        do {
            r2=rnd5() - 1;
        } while (r2 > 1);
        result = r2 * 5 + r1;
    } while (result > 6);
    return result + 1;
}

给定一个生成1到5rand5()范围内随机整数的函数，编写一个生成1到7rand7()范围内随机整数的函数

在我建议的解决方案中，我只调用rand5一次

真正的解决方案

float rand7()
{
    return (rand5() * 7.0) / 5.0 ;
}

这里的分布是缩放的，所以它直接取决于rand5的分布

整数解

int rand7()
{
    static int prev = 1;

    int cur = rand5();

    int r = cur * prev; // 1-25

    float f = r / 4.0; // 0.25-6.25

    f = f - 0.25; // 0-6

    f = f + 1.0; // 1-7

    prev = cur;

    return (int)f;
}

这里的分布取决于rand7(i) ~ rand5(i) * rand5(i-1)

rand7(0) ~ rand5(0) * 1

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

下面使用随机数发生器在{1,2,3,4,5,6,7}上产生均匀分布，在{1,2,3,4,5}上产生均匀分布。代码很混乱，但逻辑很清晰。

public static int random_7(Random rg) {
    int returnValue = 0;
    while (returnValue == 0) {
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            returnValue = (returnValue << 1) + SimulateFairCoin(rg);
        }
    }
    return returnValue;
}

private static int SimulateFairCoin(Random rg) {
    while (true) {
        int flipOne = random_5_mod_2(rg);
        int flipTwo = random_5_mod_2(rg);

        if (flipOne == 0 && flipTwo == 1) {
            return 0;
        }
        else if (flipOne == 1 && flipTwo == 0) {
            return 1;
        }
    }
}

private static int random_5_mod_2(Random rg) {
    return random_5(rg) % 2;
}

private static int random_5(Random rg) {
    return rg.Next(5) + 1;
}    

如果有人能就这一点给我反馈，那就太酷了，我使用了没有assert模式的JUNIT，因为在Eclipse中运行它很容易，也很快速，我也可以只定义一个主方法。顺便说一下，我假设rand5给出的值为0-4，加上1将得到1-5,rand7也是如此……所以讨论应该是解决方案，它的分布，而不是它是从0-4还是1-5…

package random;

import java.util.Random;

import org.junit.Test;

public class RandomTest {


    @Test
    public void testName() throws Exception {
        long times = 100000000;
        int indexes[] = new int[7];
        for(int i = 0; i < times; i++) {
            int rand7 = rand7();
            indexes[rand7]++;
        }

        for(int i = 0; i < 7; i++)
            System.out.println("Value " + i + ": " + indexes[i]);
    }


    public int rand7() {
        return (rand5() + rand5() + rand5() + rand5() + rand5() + rand5() + rand5()) % 7;
    }


    public int rand5() {
        return new Random().nextInt(5);
    }


}

当我运行它时，我得到这样的结果:

Value 0: 14308087
Value 1: 14298303
Value 2: 14279731
Value 3: 14262533
Value 4: 14269749
Value 5: 14277560
Value 6: 14304037

这似乎是一个非常公平的分配，不是吗?

如果我将rand5()添加更少或更多次(其中次数不能被7整除)，分布会清楚地显示偏移量。例如，将rand5()相加3次:

Value 0: 15199685
Value 1: 14402429
Value 2: 12795649
Value 3: 12796957
Value 4: 14402252
Value 5: 15202778
Value 6: 15200250

因此，这将导致以下结果:

public int rand(int range) {
    int randomValue = 0;
    for(int i = 0; i < range; i++) {
        randomValue += rand5();
    }
    return randomValue % range;

}

然后，我可以更进一步:

public static final int ORIGN_RANGE = 5;
public static final int DEST_RANGE  = 7;

@Test
public void testName() throws Exception {
    long times = 100000000;
    int indexes[] = new int[DEST_RANGE];
    for(int i = 0; i < times; i++) {
        int rand7 = convertRand(DEST_RANGE, ORIGN_RANGE);
        indexes[rand7]++;
    }

    for(int i = 0; i < DEST_RANGE; i++)
        System.out.println("Value " + i + ": " + indexes[i]);
}


public int convertRand(int destRange, int originRange) {
    int randomValue = 0;
    for(int i = 0; i < destRange; i++) {
        randomValue += rand(originRange);
    }
    return randomValue % destRange;

}


public int rand(int range) {
    return new Random().nextInt(range);
}

我尝试用不同的值替换destRange和originRange(甚至ORIGIN为7,DEST为13)，我得到了这样的分布:

Value 0: 7713763
Value 1: 7706552
Value 2: 7694697
Value 3: 7695319
Value 4: 7688617
Value 5: 7681691
Value 6: 7674798
Value 7: 7680348
Value 8: 7685286
Value 9: 7683943
Value 10: 7690283
Value 11: 7699142
Value 12: 7705561

从这里我可以得出的结论是，你可以通过求和起始随机“目的地”时间来将任意随机改变为任意随机。这将得到一种高斯分布(中间值更有可能，边缘值更不常见)。然而，目标模量似乎均匀地分布在这个高斯分布中…如果能得到数学家的反馈就太好了……

最酷的是，成本是100%可预测的和恒定的，而其他解决方案导致无限循环的概率很小……