2024年6月11日发(作者：)

取随机数的函数

随机数是计算机科学中常用的一个概念，它是指在一定范围内生

成的不可预测的数值。取随机数的过程通常由专门的函数完成，这些

函数将根据一定的算法和种子（seed）生成随机数。本文将介绍几种

常用的取随机数的函数及其原理。

1. 随机数发生器（Random Number Generator，RNG）

随机数发生器是一种硬件或软件设备，用于生成随机数序列。硬件随

机数发生器利用物理过程来生成随机数，如热噪声、量子效应等。而

软件随机数发生器则基于确定性算法生成伪随机数序列。其中，伪随

机数发生器（Pseudorandom Number Generator，PRNG）是常用的一种

软件随机数发生器。

2. 伪随机数发生器（PRNG）

伪随机数发生器使用确定性算法和一个种子来生成一个看似随机的数

字序列。PRNG的输出序列是确定的，只要种子相同，生成的序列就是

相同的。常见的PRNG算法有线性同余发生器（Linear Congruential

Generator，LCG）、梅森旋转算法（Mersenne Twister）、xorshift

算法等。

3. 线性同余发生器（LCG）

线性同余发生器是最简单、最早被使用的伪随机数算法之一。它根据

以下公式生成随机数：

X_n+1 = (aX_n + c) mod m

其中，X_n代表第n个随机数，a是一个常数（称为乘数），c是一个

常数（称为增量），m是模（modulus）。选择合适的a、c和m可以生

成较好的随机数序列。

4. 梅森旋转算法（Mersenne Twister）

梅森旋转算法是一种高质量的伪随机数算法。它以梅森素数作为模，

利用位运算和旋转操作生成随机数。梅森旋转算法的周期非常长，通

常为2的19937次方减1，因此被广泛应用于科学计算、统计学等领域。

5. xorshift算法

xorshift算法是一个简单但高效的伪随机数算法。它通过对当前随机

数进行连续的异或和位移操作来生成下一个随机数。xorshift算法具

有较长的周期和良好的随机性质，但相对于其他算法，它的计算速度

更快。

除了以上几种常用的伪随机数算法之外，还有很多其他的算法可

供选择，如Twister、Xoroshiro等。此外，一些编程语言（如Python）

也提供了内置的随机数生成函数，使得开发者无需自行实现随机数算

法。

在使用随机数时，重要的是要选择合适的种子和算法，以保证生

成的随机数具有较好的随机性和周期性。另外，生成的随机数应满足

统计学上的各种要求，如均匀分布、独立性等。因此，在实际应用中，

对于随机数的质量和性能有一定的要求，开发者需要根据具体情况选

择合适的随机数算法。

总结起来，取随机数的函数是计算机科学中常用的一项功能。随

机数的生成通常由伪随机数发生器实现，常见的算法包括线性同余发

生器、梅森旋转算法、xorshift算法等。选择合适的算法和种子能够

生成高质量的随机数序列。对于开发者来说，了解随机数的基本原理

对于编写高效、安全的程序具有重要意义。