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)。

对于0-7的值，你有以下内容:

0 000
1 001
2 010
3 011
4 100
5 101
6 110
7 111

从左到右，Rand5()有p(1) ={2/ 5,2 / 5,3 /5}。因此，如果我们补这些概率分布(~Rand5())，我们应该能够使用它来生成我们的数字。我稍后会给出解决方案。有人有什么想法吗?

R

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

这里是我的一般实现，在给定一个范围为[0,B-1]的均匀发生器的情况下，生成范围为[0,N-1]的均匀。

public class RandomUnif {

    public static final int BASE_NUMBER = 5;

    private static Random rand = new Random();

    /** given generator, returns uniform integer in the range 0.. BASE_NUMBER-1
    public static int randomBASE() {
        return rand.nextInt(BASE_NUMBER);
    }

    /** returns uniform integer in the range 0..n-1 using randomBASE() */
    public static int randomUnif(int n) {
        int rand, factor;
        if( n <= 1 ) return 0;
        else if( n == BASE_NUMBER ) return randomBASE();
        if( n < BASE_NUMBER ) {
            factor = BASE_NUMBER / n;
            do
                rand = randomBASE() / factor;
            while(rand >= n);
            return rand;
        } else {
            factor = (n - 1) / BASE_NUMBER + 1;
            do {
                rand = factor * randomBASE() + randomUnif(factor);
            } while(rand >= n);
            return rand;
        }
    }
}

不是特别高效，但一般和紧凑。对基生成器的均值调用:

 n  calls
 2  1.250 
 3  1.644 
 4  1.252 
 5  1.000 
 6  3.763 
 7  3.185 
 8  2.821 
 9  2.495 
10  2.250 
11  3.646 
12  3.316 
13  3.060 
14  2.853 
15  2.650 
16  2.814 
17  2.644 
18  2.502 
19  2.361 
20  2.248 
21  2.382 
22  2.277 
23  2.175 
24  2.082 
25  2.000 
26  5.472 
27  5.280 
28  5.119 
29  4.899 

Python:有一个简单的两行答案，它使用空间代数和模量的组合。这不是直观的。我对它的解释令人困惑，但却是正确的。

知道5*7=35 7/5 = 1余数为2。如何保证余数之和始终为0?5*[7/5 = 1余数2]——> 35/5 = 7余数0

想象一下，我们有一条丝带，缠在一根周长为7的杆子上。丝带需要35个单位才能均匀地缠绕。随机选择7个色带片段len=[1…5]。忽略换行的有效长度与将rand5()转换为rand7()的方法相同。

import numpy as np
import pandas as pd
# display is a notebook function FYI
def rand5(): ## random uniform int [1...5]
    return np.random.randint(1,6)

n_trials = 1000
samples = [rand5() for _ in range(n_trials)]

display(pd.Series(samples).value_counts(normalize=True))
# 4    0.2042
# 5    0.2041
# 2    0.2010
# 1    0.1981
# 3    0.1926
# dtype: float64
    
def rand7(): # magic algebra
    x = sum(rand5() for _ in range(7))
    return x%7 + 1

samples = [rand7() for _ in range(n_trials)]

display(pd.Series(samples).value_counts(normalize=False))
# 6    1475
# 2    1475
# 3    1456
# 1    1423
# 7    1419
# 4    1393
# 5    1359
# dtype: int64
    
df = pd.DataFrame([
    pd.Series([rand7() for _ in range(n_trials)]).value_counts(normalize=True)
    for _ in range(1000)
])
df.describe()
#      1    2   3   4   5   6   7
# count 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000
# mean  0.142885    0.142928    0.142523    0.142266    0.142704    0.143048    0.143646
# std   0.010807    0.011526    0.010966    0.011223    0.011052    0.010983    0.011153
# min   0.112000    0.108000    0.101000    0.110000    0.100000    0.109000    0.110000
# 25%   0.135000    0.135000    0.135000    0.135000    0.135000    0.135000    0.136000
# 50%   0.143000    0.142000    0.143000    0.142000    0.143000    0.142000    0.143000
# 75%   0.151000    0.151000    0.150000    0.150000    0.150000    0.150000    0.151000
# max   0.174000    0.181000    0.175000    0.178000    0.189000    0.176000    0.179000

以下是我的发现:

Random5产生1~5的范围，随机分布 如果我们运行3次并将它们加在一起，我们将得到3~15个随机分布的范围 在3~15范围内执行算术 (3~15) - 1 = (2~14) (2~14)/2 = (1~7)

然后我们得到1~7的范围，这是我们正在寻找的Random7。