golang中亂數rand的使用

2022-08-17 14:01:47

1、math/rand

亂數從資源生成。包水平的函數都使用的預設的公共資源。

該資源會在程式每次執行時都產生確定的序列。如果需要每次執行產生不同的序列，應使用Seed函數進行初始化。預設資源可以安全的用於多go程並行。

關於種子seed
程式啟動的時候，種子的初始值是一樣的，也就是說亂數是一樣的，什麼意思呢？

package main

import (
   "fmt"
   "math/rand"
)

func main(){
   data := rand.Int63n(100)
   fmt.Println(data)
}

每次執行go run main.go
列印的都是 10

如果我們播放種子

package main

import (
   "fmt"
   "math/rand"
   "time"
)

func main(){
   rand.Seed(time.Now().Unix()) // unix 時間戳，秒
   data := rand.Int63n(100)
   fmt.Println(data)
}

這樣每次執行go run main.go

列印的結果就不一樣，但是，根據亂數的特性，如果兩次執行的時間戳是在同一秒，那麼列印的結果是相同的。
以上的亂數相同的情況是發生在程式啟動的時候，如果程式啟動後，每次生成亂數會怎樣呢？

package main

import (
   "fmt"
   "math/rand"
)

func main(){
   for i := 0; i<5; i++ {
      data := rand.Int63n(100)
      fmt.Println(data)
   }
}

執行 go run main.go
列印
10
51
21
51
37

再次執行 go run main.go
列印
10
51
21
51
37

可見每次啟動的結果是一樣的；但是程式啟動後，每次的亂數都不盡相同，是隨機的。

如果再加上種子呢？

package main

import (
   "fmt"
   "math/rand"
   "time"
)

func main(){
   for i := 0; i<5; i++ {
      rand.Seed(time.Now().Unix()) // unix 時間戳，秒
      data := rand.Int63n(100)
      fmt.Println(data)
   }
}

執行 go run main.go
列印
86
86
86
86
86

再次執行 go run main.go
列印
72
72
72
72
72

每次啟動程式，因為種子不一樣，所以亂數不一樣；但是程式啟動後，每次也都是播放種子，秒級時間戳，如果時間戳一樣，就導致種子一樣，生成的亂數就一樣，所以五次的亂數是一樣的。

通過上面的例子。可以知道，播放種子不是必須的，除非要求每次啟動程式的時候亂數不一樣。

並且，要設定種子的情況下，應該放在整個程式啟動的時候，而且只需要設定一次即可。修改上面的例子：

package main

import (
   "fmt"
   "math/rand"
   "time"
)

func main(){
   rand.Seed(time.Now().UnixNano()) // 納秒時間戳
   for i := 0; i<5; i++ {
      data := rand.Int63n(100)
      fmt.Println(data)
   }
}

執行 go run main.go
列印
3
49
46
83
25

再次執行 go run main.go
列印
39
3
14
42
65

這次就是理想的結果了。使用納秒時間戳基本就沒問題了，因為我們的程式幾乎不會在1納秒時間內多次啟動的。

下面來講講rand包的具體用法

rand 包提供了兩塊的內容，一塊是基於 Rand 結構體及其方法；另一塊是基於 Rand 結構體再封裝的可直接呼叫的方法 rand.xxx，檢視原始碼就知道它們是同樣的功能。

所以，生成亂數有兩種方式

rander := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))
n1 := rander.Intn(100)

rand.Seed(time.Now().UnixNano())
n2 := rand.Intn(100)

使用第一種方法，將 rander 作為包的全域性變數，這樣就只會設定一次種子。

var Rander = rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))

隨機整數

func (r *Rand) Int() int
func (r *Rand) Int31() int32
func (r *Rand) Int63() int64
func (r *Rand) Uint32() uint32
func (r *Rand) Uint64() uint64
func (r *Rand) Intn(n int) int
func (r *Rand) Int31n(n int32) int32
func (r *Rand) Int63n(n int64) int64

Int， Int31， Int63 生成的數都太大，一般使用 Intn, Int31n, Int63n。得到的範圍 [0, n)，想要得到 [0, n]，就要使用 Intn(n + 1)，想要得到 [10, 100] 的亂數，就要使用 Intn(91) + 10。

隨機浮點數

func (r *Rand) Float32() float32
func (r *Rand) Float64() float64

得到 [0, 1) 之間的浮點數，32單精度，64雙精度。

基於正態分佈的隨機浮點數

func (r *Rand) NormFloat64() float64

基於指數分佈的隨機浮點數

func (r *Rand) ExpFloat64() float64

隨機序列

func (r *Rand) Perm(n int) []int

返回一個有n個元素的，[0,n)範圍內整數的偽隨機排列的切片。

Rander.Perm(10) // [1 8 0 4 7 6 3 2 9 5]

總結：

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "strings"
    "time"
)

func main() {
    s := RandString(10)
    fmt.Println(s)
}

var Rander = rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))

const letterString = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
const numLetterString = "0123456789"

// 隨機生成字串
func RandStr(n int, letter string) string {
    str := []byte(letter)
    res := ""
    for i := 0; i < n; i++ {
        res += fmt.Sprintf("%c", str[Rander.Intn(strings.Count(letter, "") - 1)])
    }
    return res
}

func RandNumStr(n int) string {
    return RandStr(n, numLetterString)
}

func RandString(n int) string {
    return RandStr(n, letterString)
}

func RandOrder(n int) string {
    return time.Now().Format("20060102150405") + RandNumStr(n)
}

// 包含min, max
func RandNum(min , max int) int {
    return Rander.Intn(max - min + 1) + min
}

2、crypto/rand

實現了用於加解密的更安全的亂數生成器。

變數 var Reader io.Reader
是一個全域性、共用的密碼用強隨機生成器。在Unix型別系統中，會從/dev/urandom讀取；而windows中會呼叫RtlGenRandom API。

提供的方法

1、返回一個基於[0, max)的亂數

// Int returns a uniform random value in [0, max). It panics if max <= 0.
func Int(rand io.Reader, max *big.Int) (n *big.Int, err error)

範例

r, err := rand.Int(rand.Reader, big.NewInt(100))
fmt.Println(r.Int64(), err)

2、根據指定的位數bits，返回一個數，大概率是素數，（不知道這個函數是幹嘛用的）

// Prime returns a number, p, of the given size, such that p is prime
// with high probability.
// Prime will return error for any error returned by rand.Read or if bits < 2.
func Prime(rand io.Reader, bits int) (p *big.Int, err error)

範例

p, err := rand.Prime(rand.Reader, 8)
fmt.Println(p.Int64(), err)

8個二進位制位的最大值為255，此處會隨機返回小於255的素數。

3、生成隨機的二進位制序列

// Read is a helper function that calls Reader.Read using io.ReadFull.
// On return, n == len(b) if and only if err == nil.
func Read(b []byte) (n int, err error) {
    return io.ReadFull(Reader, b)
}

比如，隨機生成16個位元組的資料

var b [16]byte
n, err := rand.Read(b[:])
fmt.Println(n, err)
fmt.Println(b)

返回值
16 <nil>
[94 184 113 36 224 18 239 52 69 242 14 84 174 113 125 15]

我們可以將其轉換成16進位制數，也就是32位元

buf := make([]byte, 32)
hex.Encode(buf, b[:])
fmt.Println(string(buf))

得到
5eb87124e012ef3445f20e54ae717d0f

通過這個方法可以生成隨機的字串。

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golang中亂數rand的使用

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1、math/rand

2、crypto/rand

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