这个怎么样

rand5 () % + rand5 (2) + 2 (2) % + rand5 rand5 () (2) % + rand5 % + rand5 (2) 2

不确定这是均匀分布的。有什么建议吗?

这里有很多解决方案没有产生均匀分布，许多评论指出了这一点，但这个问题并没有把它作为一个要求。最简单的解决方案是:

int rand_7() { return rand_5(); }

1 - 5范围内的随机整数显然在1 - 7范围内。从技术上讲，最简单的解决方法是返回一个常数，但那太琐碎了。

然而，我认为rand_5函数的存在是一个转移注意力的问题。假设问题是“生成一个均匀分布的伪随机数生成器，输出范围为1 - 7”。这是一个简单的问题(技术上不简单，但已经解决了，所以您可以查阅它)。

另一方面，如果问题被解释为你实际上有一个真正的随机数生成器，用于范围为1 - 5的整数(而不是伪随机)，那么解决方案是:

1) examine the rand_5 function
2) understand how it works
3) profit

我玩了一下，我为这个Rand(7)算法写了“测试环境”。例如，如果你想尝试哪种分布给你的算法，或者需要多少次迭代才能生成所有不同的随机值(对于Rand(7) 1-7)，你可以使用它。

我的核心算法是:

return (Rand5() + Rand5()) % 7 + 1;

和亚当·罗森菲尔德的分布一样均匀。(我将其包含在代码片段中)

private static int Rand7WithRand5()
{
    //PUT YOU FAVOURITE ALGORITHM HERE//

    //1. Stackoverflow winner
    int i;
    do
    {
        i = 5 * (Rand5() - 1) + Rand5(); // i is now uniformly random between 1 and 25
    } while (i > 21);
    // i is now uniformly random between 1 and 21
    return i % 7 + 1;

    //My 2 cents
    //return (Rand5() + Rand5()) % 7 + 1;
}

这个“测试环境”可以采用任何Rand(n)算法并测试和评估它(分布和速度)。只需将代码放入“Rand7WithRand5”方法并运行代码片段。

一些观察:

亚当·罗森菲尔德(Adam Rosenfield)的算法并不比我的算法分布得更好。不管怎样，两种算法的分布都很糟糕。 本机Rand7(随机的。Next(1,8))完成，因为它在大约200+迭代中生成了给定间隔内的所有成员，Rand7WithRand5算法的顺序为10k(约30-70k) 真正的挑战不是编写从Rand(5)生成Rand(7)的方法，而是生成几乎均匀分布的值。

我想我有四个答案，两个给出了像@Adam Rosenfield那样的精确解决方案，但没有无限循环问题，另外两个几乎完美的解决方案，但执行速度比第一个更快。

最好的精确解决方案需要7次调用rand5，但为了理解，让我们继续。

方法一:精确

Adam的答案的优点在于它给出了一个完美的均匀分布，并且只需要两次调用rand5()的概率非常高(21/25)。然而，最坏的情况是无限循环。

下面的第一个解决方案也给出了一个完美的均匀分布，但总共需要对rand5进行42次调用。没有无限循环。

下面是一个R的实现:

rand5 <- function() sample(1:5,1)

rand7 <- function()  (sum(sapply(0:6, function(i) i + rand5() + rand5()*2 + rand5()*3 + rand5()*4 + rand5()*5 + rand5()*6)) %% 7) + 1

对于不熟悉R的人，这里是一个简化版本:

rand7 = function(){
  r = 0 
  for(i in 0:6){
    r = r + i + rand5() + rand5()*2 + rand5()*3 + rand5()*4 + rand5()*5 + rand5()*6
  }
  return r %% 7 + 1
}

rand5的分布将被保留。如果我们计算一下，循环的7次迭代中的每一次都有5^6个可能的组合，因此可能组合的总数为(7 * 5^6)%% 7 = 0。因此，我们可以将生成的随机数分成7个相等的组。有关这方面的更多讨论，请参见方法二。

以下是所有可能的组合:

table(apply(expand.grid(c(outer(1:5,0:6,"+")),(1:5)*2,(1:5)*3,(1:5)*4,(1:5)*5,(1:5)*6),1,sum) %% 7 + 1)

    1     2     3     4     5     6     7 
15625 15625 15625 15625 15625 15625 15625 

我认为这很容易证明亚当的方法运行得快得多。在Adam的解中有42次或更多的rand5调用的概率非常小((4/25)^21 ~ 10^(-17))。

方法2 -不精确

现在是第二个方法，它几乎是统一的，但需要6次调用rand5:

rand7 <- function() (sum(sapply(1:6,function(i) i*rand5())) %% 7) + 1

以下是一个简化版本:

rand7 = function(){
  r = 0 
  for(i in 1:6){
    r = r + i*rand5()
  }
  return r %% 7 + 1
}

这实际上是方法1的一次迭代。如果我们生成所有可能的组合，结果计数如下:

table(apply(expand.grid(1:5,(1:5)*2,(1:5)*3,(1:5)*4,(1:5)*5,(1:5)*6),1,sum) %% 7 + 1)

   1    2    3    4    5    6    7 
2233 2232 2232 2232 2232 2232 2232

一个数字将在5^6 = 15625次试验中再次出现。

现在，在方法1中，通过将1加到6，我们将数字2233移动到每个连续的点上。因此，组合的总数将匹配。这是可行的，因为5^ 6% % 7 = 1，然后我们做了7个适当的变化，所以(7 * 5^ 6% % 7 = 0)。

方法三:精确

如果理解了方法1和2的参数，接下来就是方法3，它只需要7次调用rand5。在这一点上，我觉得这是精确解决方案所需的最少调用数。

下面是一个R的实现:

rand5 <- function() sample(1:5,1)

rand7 <- function()  (sum(sapply(1:7, function(i) i * rand5())) %% 7) + 1

对于不熟悉R的人，这里是一个简化版本:

rand7 = function(){
  r = 0 
  for(i in 1:7){
    r = r + i * rand5()
  }
  return r %% 7 + 1
}

rand5的分布将被保留。如果我们计算一下，循环的7次迭代中的每一次都有5个可能的结果，因此可能组合的总数为(7 * 5)%% 7 = 0。因此，我们可以将生成的随机数分成7个相等的组。有关这方面的更多讨论，请参见方法一和方法二。

以下是所有可能的组合:

table(apply(expand.grid(0:6,(1:5)),1,sum) %% 7 + 1)

1 2 3 4 5 6 7  
5 5 5 5 5 5 5 

我认为这很直接地证明了亚当的方法仍然运行得更快。在Adam的解中有7次或更多的rand5调用的概率仍然很小((4/25)^3 ~ 0.004)。

方法4 -不精确

这是第二种方法的一个小变化。它几乎是统一的，但需要7次调用rand5，这是一个额外的方法2:

rand7 <- function() (rand5() + sum(sapply(1:6,function(i) i*rand5())) %% 7) + 1

以下是一个简化版本:

rand7 = function(){
  r = 0 
  for(i in 1:6){
    r = r + i*rand5()
  }
  return (r+rand5()) %% 7 + 1
}

如果我们生成所有可能的组合，结果计数如下:

table(apply(expand.grid(1:5,(1:5)*2,(1:5)*3,(1:5)*4,(1:5)*5,(1:5)*6,1:5),1,sum) %% 7 + 1)

    1     2     3     4     5     6     7 
11160 11161 11161 11161 11161 11161 11160

在5^7 = 78125次试验中，有两个数字会少出现一次。在大多数情况下，我可以接受。

这个表达式足以得到1 - 7之间的随机整数

int j = ( rand5()*2 + 4 ) % 7 + 1;

因为1/7是一个以5为底的无限小数，所以没有(完全正确的)解可以在常数时间内运行。一个简单的解决方案是使用拒绝抽样，例如:

int i;
do
{
  i = 5 * (rand5() - 1) + rand5();  // i is now uniformly random between 1 and 25
} while(i > 21);
// i is now uniformly random between 1 and 21
return i % 7 + 1;  // result is now uniformly random between 1 and 7

这个循环的预期运行时间为25/21 = 1.19次迭代，但是永远循环的概率非常小。