尽可能不重复的伪随机数生成器的高效实现

2008-03-08 02:09:25 3.6k 阅读 AI 写同款 · GEO 优化AI 选题数据监测一键分发 ›

Python实现Counter模式伪随机数生成器：从PRF到密钥流的实战指南伪随机函数（PRF）是密码学中的核心基础组件，它通过密钥和输入生成计算上不可区分的伪随机输出，为加密、认证等安全机制提供基石。其原理在于利用密码学哈希函数或分组密码构建确定性但看似随机的映射。在工程实践中，PRF的价值在于能够基于短密钥生成高质量的随机性，广泛应用于密钥派生、消息认证码等场景。为了生成任意长度的密钥流，常采用Counter模式将PRF扩展为伪随机数生成器（PRG），通过迭代递增计数器并调用PRF来高效产生连续比特流。本文以HMAC-SHA256作为PRF实例，详细解析Counter模式PRG 阅读详情

模仿 System.Random 提供的用户界面。可以从 System.Random 继承，也可以不。

1、尽可能不重复。含义是，Next 方法在没有达到必定会重复的时候，就不能重复。
比如，生成21-24之间(含21和24)的伪随机数，则生成前4个数不能重复，当然，第5个数不可避免会重复的。
NextDouble 方法也要求返回尽可能不重复的数，也就是说，在耗尽大于或等于 0.0 而小于 1.0 的双精度浮点数之前，不得重复。
NextBytes 方法则可以要求在数组长度小于或等于 byte.MaxValue+1 (也就是256)时，返回的数组元素不得重复。若数组长度大于256，则要求前256个元素不得重复。

2、随机性。我们知道，计算机不可能生成真正的随机序列，只能要求是伪随机序列。但我们可以要求这个序列不能有十分明显的规律，比如说，不能是等差数列、等比数列、斐波拿契数列，等等。

3、高效。要求实现尽量高效，这可能会和随机性发生矛盾。比如，是否要在内部保存已生成的序列，以判定是否重复。

以上抛砖引玉，还有很多方面都可以展开讨论。欢迎大家补充。

...全文

python标准库生成随机数_Python3标准库：random伪随机数生成器 1.random伪随机数生成器random模块基于Mersenne Twister算法提供了一个快速伪随机数生成器。原来开发这个生成器是为了向蒙特卡洛模拟生成输入，Mersenne Twister算法会生成大周期近均匀分布的数，因此适用于大量不同类型的应用。1.1 生成随机数random()函数从所生成的序列返回下一个随机的浮点值。返回的所有值都落在0<=n<1.0区间内。impor... 阅读详情

wuyi8808

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评论 116

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美福种田伯 2009-05-21

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既然是随机数，你怎么能说是高效呢？

随机就是没有规律的，可能4次里面就有4次是重复的。

cadust 2009-03-25

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markOO

ThenLong 2008-06-26

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.,..

lion533335 2008-05-31

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wuyi8808 2008-04-04

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[Quote=引用 110 楼 wuyi8808 的回复:]
总结一下，我的实现方案：

34楼：构造函数
33楼：public override void NextBytes(byte[] buffer)
36楼：public override double NextDouble()
37楼：public override int Next()
37楼：public override int Next(int maxValue)
37楼：public override int Next(int minValue, int maxValue) // 建议使用1楼的，效率高，但要求各次调的参数相同。

[/Quote]

[Quote=引用 111 楼 shinaterry 的回复:]
给出源码, 大家完善.
[/Quote]

源码在34-37楼。

shinaterry 2008-04-04

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给出源码, 大家完善.

wuyi8808 2008-04-04

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总结一下，我的实现方案：

34楼：构造函数
33楼：public override void NextBytes(byte[] buffer)
36楼：public override double NextDouble()
37楼：public override int Next()
37楼：public override int Next(int maxValue)
37楼：public override int Next(int minValue, int maxValue) // 建议使用1楼的，效率高，但要求各次调的参数相同。

3楼(sbqcel)(100分)给出了不同的思路，值得借鉴。
41楼(lalac)(100分)给出了.NET System.Random 类的源码，很有参考价值。
50楼(zhiang75)(50分)使用Guid实现，也是一种方法，不过实现的是NextDouble()，本身就不容易重复。
77楼(kingbird_Wang)(10分)提供的网站不错。

结贴了，谢谢大家。

cch1010 2008-03-31

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收藏。。。

cc_net 2008-03-30

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MARK

badegg_niu 2008-03-29

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收藏先。。。

oktell 2008-03-29

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思路如下：
比如生成10-20的随机数。
首先生成一个，判断此数是否已经存在，若存在将此数加1，继续判断，大于20后，再从10开始判断。

hearyone 2008-03-29

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学习之中

abagnale 2008-03-29

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为什么不用hashtable 一定要next方法吗？

看看这段代码这是我调试的几个重复率最低的一个



            //generate random numbers

            Hashtable hashtable = new Hashtable();

            Random rm = new Random();

            int RmNum = strlength ;

            int j = 0;

            for (int i = 0; hashtable.Count < RmNum; i++)

            {

                int nValue = rm.Next(str.Length );

                if (!hashtable.ContainsValue(nValue) && nValue != 0)

                {

                    hashtable.Add(nValue, nValue);

                    //richTextBox1 .Text += nValue.ToString() + "\t";

                    strRan[j] = nValue.ToString();

                    j++;

                }

            }

Mr-Chen 2008-03-27

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限制重复就违背了随机数的概念
要是需要不重复的话，可以参考GUID的产生算法

nullpassword 2008-03-25

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mark

Ivony 2008-03-25

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[Quote=引用 82 楼 wuyi8808 的回复:]
引用 67 楼 Ivony 的回复:
在值域小数量级下可以做一个值域的全排列，然后随机抽取一个全排列作为一组随机数输出。

在大数量级下一般用循环链表来解决这个问题。

即将值域中所有值作为一个循环链表，从第一个节点开始，取一个随机数便向后推进随机个节点，输出这个节点并将其从循环链表中删除。

但是如果要在链表大小范围内抽取随机数，或许向后检索一个很大的个数的时候性能不够好，即使采用双向检索（将超过链…
[/Quote]

1、你需求不清，值域至少在某个范围内必然是固定的，否则这个问题就是毫无意义的。

2、没有认真理解链表，一个链表节点删除只需要更新其前节点指向即可。

linhl 2008-03-25

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学习

journeydj 2008-03-25

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做过一个不能重复的随机数的东西，不过值是4位的，太小，
我是用链表保存了所有的4位数的值（for循环加的），然后用随机数当作链表的位置，
取出来一个就把这个数在链表中删掉，每次random的最大值-1

nik_Amis 2008-03-25

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mark

whoo529 2008-03-25

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这年头精的极少，我要看看

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尽可能不重复的伪随机数生成器的高效实现

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