int ans = 0;
while (ans == 0) 
{
     for (int i=0; i<3; i++) 
     {
          while ((r = rand5()) == 3){};
          ans += (r < 3) >> i
     }
}

int rand7() {
    int value = rand5()
              + rand5() * 2
              + rand5() * 3
              + rand5() * 4
              + rand5() * 5
              + rand5() * 6;
    return value%7;
}

与选定的解决方案不同，该算法将在常数时间内运行。然而，它对rand5的调用比所选解决方案的平均运行时间多2次。

请注意，这个生成器并不完美(数字0比任何其他数字都有0.0064%的可能性)，但对于大多数实际目的，保证恒定的时间可能比这种不准确性更重要。

解释

这个解源于数字15624能被7整除的事实，因此，如果我们可以随机且均匀地生成从0到15624的数字，然后对7取余，我们就可以得到一个近乎均匀的rand7生成器。将rand5滚动6次，将0到15624之间的数字统一生成，并使用这些数字组成以5为基数的数字，如下所示:

rand5 * 5^5 + rand5 * 5^4 + rand5 * 5^3 + rand5 * 5^2 + rand5 * 5 + rand5

mod 7的属性允许我们稍微简化一下方程:

5^5 = 3 mod 7
5^4 = 2 mod 7
5^3 = 6 mod 7
5^2 = 4 mod 7
5^1 = 5 mod 7

So

rand5 * 5^5 + rand5 * 5^4 + rand5 * 5^3 + rand5 * 5^2 + rand5 * 5 + rand5

就变成了

rand5 * 3 + rand5 * 2 + rand5 * 6 + rand5 * 4 + rand5 * 5 + rand5

理论

15624这个数字不是随机选择的，而是可以用费马小定理来发现的，该定理指出，如果p是质数，那么

a^(p-1) = 1 mod p

这就得到，

(5^6)-1 = 0 mod 7

(5^6)-1等于

4 * 5^5 + 4 * 5^4 + 4 * 5^3 + 4 * 5^2 + 4 * 5 + 4

这是一个以5为底的数，因此我们可以看到，这种方法可以用于从任何随机数发生器到任何其他随机数发生器。尽管在使用指数p-1时总是会引入对0的小偏差。

为了更准确地推广这种方法，我们可以有这样一个函数:

def getRandomconverted(frm, to):
    s = 0
    for i in range(to):
        s += getRandomUniform(frm)*frm**i
    mx = 0
    for i in range(to):
        mx = (to-1)*frm**i 
    mx = int(mx/to)*to # maximum value till which we can take mod
    if s < mx:
        return s%to
    else:
        return getRandomconverted(frm, to)

这是我在看过别人的答案后得出的最简单的答案:

def r5tor7():
    while True:
        cand = (5 * r5()) + r5()
        if cand < 27:
            return cand

Cand在[6,27]范围内，如果r5()的可能结果是均匀分布的，则可能结果是均匀分布的。你可以用下面的代码来测试我的答案:

from collections import defaultdict

def r5_outcome(n):
    if not n:
        yield []
    else:
        for i in range(1, 6):
            for j in r5_outcome(n-1):
                yield [i] + j

def test_r7():
    d = defaultdict(int)
    for x in r5_outcome(2):
        s = sum([x[i] * 5**i for i in range(len(x))])
        if s < 27:
            d[s] += 1
    print len(d), d

R5_outcome(2)生成r5()结果的所有可能组合。我使用与解决方案代码中相同的筛选器进行测试。你可以看到所有的结果都是相等的，因为它们有相同的值。

如果我们考虑尝试给出最有效答案的附加约束，即给定一个长度为m(1-5)的均匀分布整数的输入流I，输出一个长度为m(1-7)的均匀分布整数的流O，长度为L(m)。

最简单的分析方法是将流I和O分别视为5元数和7元数。这是通过主答案的思想来实现的，即取流a1, a2, a3，…- > a1 + a2 + 5 * 5 ^ 2 * a3 + . .流O也是如此。

然后如果我们取长度为m的输入流的一段，选n s.t, 5^m-7^n=c，其中c>0，且尽可能小。然后有一个从长度为m的输入流到1到5^m的整数的统一映射，还有一个从1到7^n的整数到长度为n的输出流的统一映射，当映射的整数超过7^n时，我们可能不得不从输入流中丢失一些情况。

这就给出了L(m)的值约为m (log5/log7)也就是。82米。

上述分析的难点是方程5^m-7^n=c，它不容易精确求解，而在1到5^m的均匀值超过7^n的情况下，我们失去了效率。

问题是如何接近m (log5/log7)的最佳可能值。例如，当这个数字接近一个整数时，我们能否找到一种方法来实现这个精确的整数值输出?

如果5^m-7^n=c，那么从输入流中，我们有效地生成了一个从0到(5^m)-1的均匀随机数，并且不使用任何高于7^n的值。但是，这些值可以被保存并再次使用。它们有效地生成了从1到5^m-7^n的统一数字序列。所以我们可以尝试使用这些，并将它们转换成7位数，这样我们就可以创建更多的输出值。

如果我们让T7(X)是由大小为X的均匀输入导出的随机(1-7)整数的输出序列的平均长度，并假设5^m=7^n0+7^n1+7^n2+…+ 7 ^ nr + s, s < 7。

那么T7(5^m)=n0x7^n0/5^m + ((5^m-7^n0)/5^m) T7(5^m-7^n0)因为我们有一个无长度序列，概率为7^n0/5^m，残差长度为5^m-7^n0，概率为(5^m-7^n0)/5^m)。

如果我们一直代入，我们得到:

T7(5^m) = n0x7^n0/5^m + n1x7^n1/5^m + ... + nrx7^nr/5^m  = (n0x7^n0 + n1x7^n1 + ... + nrx7^nr)/5^m

因此

L(m)=T7(5^m)=(n0x7^n0 + n1x7^n1 + ... + nrx7^nr)/(7^n0+7^n1+7^n2+...+7^nr+s)

另一种说法是:

If 5^m has 7-ary representation `a0+a1*7 + a2*7^2 + a3*7^3+...+ar*7^r
Then L(m) = (a1*7 + 2a2*7^2 + 3a3*7^3+...+rar*7^r)/(a0+a1*7 + a2*7^2 + a3*7^3+...+ar*7^r)

最好的情况是上面的原始情况，即5^m=7^n+s，其中s<7。

然后机械师》(5 ^ m) = nx (7 ^ n) / (7 ^ n + s) = o (n + 1) = m (Log5 / Log7) + o(1)美国之前。

最坏的情况是我们只能找到k和s.t 5^m = kx7+s。

Then T7(5^m) = 1x(k.7)/(k.7+s) = 1+o(1)

其他情况介于两者之间。看看对于很大的m，我们能做得多好，也就是说，我们能多好地得到误差项，这将是很有趣的:

T7(5^m) = m (Log5/Log7)+e(m)

一般来说，似乎不可能实现e(m)=o(1)但希望我们可以证明e(m)=o(m)。

整个问题取决于5^m的7位数字对不同m值的分布。

我相信有很多理论涵盖了这一点，我可能会在某个时候看一看并报告。

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)。

(我剽窃了亚当·罗森菲尔德的答案，使其运行速度提高了7%左右。)

假设rand5()返回分布相等的{0,1,2,3,4}中的一个，目标是返回分布相等的{0,1,2,3,4,5,6}。

int rand7() {
  i = 5 * rand5() + rand5();
  max = 25;
  //i is uniform among {0 ... max-1}
  while(i < max%7) {
    //i is uniform among {0 ... (max%7 - 1)}
    i *= 5;
    i += rand5(); //i is uniform {0 ... (((max%7)*5) - 1)}
    max %= 7;
    max *= 5; //once again, i is uniform among {0 ... max-1}
  }
  return(i%7);
}

我们在跟踪这个循环在变量max中所能产生的最大值。如果到目前为止的结果在max%7和max-1之间，那么结果将均匀分布在该范围内。如果不是，则使用余数，余数是0到max%7-1之间的随机数，然后再次调用rand()来生成一个新的数字和一个新的max。然后我们重新开始。

编辑:在这个方程中，期望调用rand5()的次数是x:

x =  2     * 21/25
   + 3     *  4/25 * 14/20
   + 4     *  4/25 *  6/20 * 28/30
   + 5     *  4/25 *  6/20 *  2/30 * 7/10
   + 6     *  4/25 *  6/20 *  2/30 * 3/10 * 14/15
   + (6+x) *  4/25 *  6/20 *  2/30 * 3/10 *  1/15
x = about 2.21 calls to rand5()