from:https://www.xcode.me/more/net-csharp-generate-random

随机数生成方法可以说是任何编程语言必备的功能,它的重要性不言而言,在C#中我们通常使用Random类生成随机数,在一些场景下,我却发现Random生成的随机数并不可靠,在下面的例子中我们通过循环随机生成5个随机数:

for (int i = 0; i < 5; i++) {     Random random = new Random();     Console.WriteLine(random.Next()); }

这段代码执行后的结果如下所示:

2140400647 2140400647 2140400647 2140400647 2140400647

通过以上结果可知,随机数类生成了5个相同的数,这并非我们的预期,为什么呢?为了弄清楚这个问题,零度剖析了微软官方的开源Random类,发现在C#中生成随机数使用的算法是线性同余法,经百科而知,这种算法生成的不是绝对随机,而是一种伪随机数,线性同余法算法的的公式是:

第N+1个数 = ( 第N个数 * A + B) % M

上面的公式中A、B和M分别为常数,是生成随机数的因子,如果之前从未通过同一个Random对象生成过随机数(也就是调用过Next方法),那么第N个随机数为将被指定为一个默认的常数,这个常数在创建一个Random类时被默认值指定,Random也提供一个构造函数允许开发者使用自己的随机数因子,这一切可通过微软官方开源代码看到:

public Random() : this(Environment.TickCount) { }  public Random(int Seed) { }

通过默认构造函数创建Random类时,一个Environment.TickCount对象作为因子被默认传递给第二个构造函数,Environment.TickCount表示操作系统启动后经过的毫秒数,计算机的运算运算速度远比毫秒要快得多,这导致一个的具有毫秒精度的因子参与随机数的生成过程,但在5次循环中,我们使用了同一个毫秒级的因子,从而生成相同的随机数,另外,第N+1个数的生成与第N个数有着直接的关系。

在上面的例子中,假设系统启动以来的毫秒数为888毫秒,执行5次循环用时只有0.1毫秒,这导致在循环中创建的5个Random对象都使用了相同的888因子,每次被创建的随机对象又使用了相同的第N个数(默认为常数),通过这样的假设我们不难看出,上面的结果是必然的。

现在我们改变这个格局,在循环之外创建一个Random对象,在每次循环中引用它,并通过它生成随机数,并在同一个对象上多次调用Next方法,从而不断变化第N个数,代码如下所示:

Random random = new Random();  for (int i = 0; i < 5; i++) {     Console.WriteLine(random.Next()); }

执行后的结果如下所示:

391098894 1791722821 1488616582 1970032058 201874423

我们看到这个结果确实证实了我们上面的推断,第1次循环时公式中的第N个数为默认常数;当第二次循环时,第N个数为391098894,随后不断变化的第N个数作为因子参与计算,这保证了结果的随机性。

虽然通过我们的随机数看起来也很随机了,但必定这个算法是伪随机数,当第N个数和因子都相同时,生成的随机数仍然是重复的随机数,由于Random提供一个带参的构造函数允许我们传入一个因子,如果传入的因子随机性强的话,那么生成的随机数也会比较可靠,为了提供一个可靠点的因子,我们通常使用GUID产生填充因子,同样放在循环中测试:

for (int i = 0; i < 5; i++) {     byte[] buffer = Guid.NewGuid().ToByteArray();     int iSeed = BitConverter.ToInt32(buffer, 0);     Random random = new Random(iSeed);     Console.WriteLine(random.Next()); }

这样的方式保证了填充因子的随机性,所以生成的随机数也比较可靠,运行结果如下所示:

734397360 1712793171 1984332878 819811856 1015979983

在一些场景下这样的随机数并不可靠,为了生成更加可靠的随机数,微软在System.Security.Cryptography命名空间下提供一个名为RNGCryptoServiceProvider的类,它采用系统当前的硬件信息、进程信息、线程信息、系统启动时间和当前精确时间作为填充因子,通过更好的算法生成高质量的随机数,它的使用方法如下所示:

byte[] randomBytes = new byte[4]; RNGCryptoServiceProvider rngServiceProvider = new RNGCryptoServiceProvider(); rngServiceProvider.GetBytes(randomBytes); Int32 result = BitConverter.ToInt32(randomBytes, 0);

通过这种算法生成的随机数,经过成千上万次的测试,并未发现重复,质量的确比Random高了很多。另外windows api也提供了一个非托管的随机数生成函数CryptGenRandom,CryptGenRandom与RNGCryptoServiceProvider的原理类似,采用C++编写,如果要在.NET中使用,需要进行简单的封装。它的原型如下所示:

BOOL WINAPI CryptGenRandom(   _In_     HCRYPTPROV hProv,   _In_     DWORD dwLen,   _Inout_  BYTE *pbBuffer );

以上就是零度为您带来的随机数生成方法和基本原理,您可以通过需求和场景选择最佳的方式,Random算法简单,性能较高,适用于随机性要求不高的情况,由于RNGCryptoServiceProvider在生成期间需要查询上面提到的几种系统因子,所以性能稍弱于Random类,但随机数质量高,可靠性更好。

C#中生成的随机数为什么不随机?的更多相关文章

  1. sql语句中生成0-10随机数

    DECLARE @i int=0;DECLARE @j decimal(9,2);DECLARE @qnum INT=1000; SET NOCOUNT ONCREATE TABLE #temp_Ta ...

  2. Oracle中生成随机数的函数(转载)

    在Oracle中的DBMS_RANDOM程序包中封装了一些生成随机数和随机字符串的函数,其中常用的有以下两个: DBMS_RANDOM.VALUE函数 该函数用来产生一个随机数,有两种用法: 1. 产 ...

  3. JS生成指定范围内的随机数(支持随机小数)

    直接需要函数的话,直接到文章的最后面找. ============================================================= 转载:https://www.cn ...

  4. 高并发分布式系统中生成全局唯一(订单号)Id js返回上一页并刷新、返回上一页、自动刷新页面 父页面操作嵌套iframe子页面的HTML标签元素 .net判断System.Data.DataRow中是否包含某列 .Net使用system.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider类与System.Random类生成随机数

    高并发分布式系统中生成全局唯一(订单号)Id   1.GUID数据因毫无规律可言造成索引效率低下,影响了系统的性能,那么通过组合的方式,保留GUID的10个字节,用另6个字节表示GUID生成的时间(D ...

  5. 在Sqlserver中生成随机数据

    百度了各种随机生成,集中摘录如下: 一.循环写入千万级测试数据 DECLARE @i int ) BEGIN INSERT INTO A_User(username,password,addtime, ...

  6. Python中生成随机数

    目录 1. random模块 1.1 设置随机种子 1.2 random模块中的方法 1.3 使用:生成整形随机数 1.3 使用:生成序列随机数 1.4 使用:生成随机实值分布 2. numpy.ra ...

  7. ios 中生成随机数

    ios 有如下三种随机数方法: 1.    srand((unsigned)time(0));  //不加这句每次产生的随机数不变        int i = rand() % 5; 2.    s ...

  8. JAVA中生成指定位数随机数的方法总结

    JAVA中生成指定位数随机数的方法很多,下面列举几种比较常用的方法. 方法一.通过Math类 public static String getRandom1(int len) { int rs = ( ...

  9. Oracle中生成随机数的函数

    在Oracle中的DBMS_RANDOM程序包中封装了一些生成随机数和随机字符串的函数,其中常用的有以下两个: DBMS_RANDOM.VALUE函数 该函数用来产生一个随机数,有两种用法: 1. 产 ...

随机推荐

  1. 转:GET和POST两种基本请求方法的区别

    原文地址:GET和POST两种基本请求方法的区别 原文如下: GET和POST是HTTP请求的两种基本方法,要说它们的区别,接触过WEB开发的人都能说出一二. 最直观的区别就是GET把参数包含在URL ...

  2. day5_集合

    集合也是一种数据类型,一个类似列表东西,它的特点是无序的,不重复的,也就是说集合中是没有重复的数据 集合的作用: 1.它可以把一个列表中重复的数据去掉,而不需要你再写判断---天生去重 2.可以做关系 ...

  3. 内部排序->插入排序->其它插入排序->折半插入排序

    文字描述 和直接插入排序比较,只是把“查找”操作利用“折半查找”来实现,由此进行的插入排序叫做折半插入排序. 示意图 略 算法分析 和直接插入排序比,减少了比较次数,但是移动次数没有变,所以折半插入排 ...

  4. linux安装tacacs+服务器

    tacacs+服务器搭建 软件下载地址:http://pan.baidu.com/s/1i4x3jrJ bzip2 -dc DEVEL.tar.bz2 | tar xvfp -    #解压下载好的包 ...

  5. 【Python全栈-HTML】HTML入门

    HTML入门介绍 参考: https://www.bilibili.com/video/av21663728/?p=339 http://www.cnblogs.com/yuanchenqi/arti ...

  6. C语言编程中pid, tid以及真实pid的关系(转)

    add by zhj: 下面是我对pid,tgid,ppid的个人理解 对于ubuntu14.04操作系统,可以在/usr/src/linux-headers-4.4.0-31/include/lin ...

  7. GDB常用命令系列

    本文由霸气的菠萝原创,转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/xsln/p/gdb_instructions.html 本文为索引,请点击以下链接进行阅读: GDB调试原理——p ...

  8. python实现图片隐藏信息技术

    隐秘通信的3种典型方式: ①将秘密信息隐于网络通信协议中. ②将秘密信息隐于数字签名等密码协议中 . ③将秘密信息隐于数字图像中. 第三种是利用图像或音频数据对人类感官系统的冗余. 隐藏域数字图像中的 ...

  9. mysql 初识sql语句

    有了mysql这个数据库软件,就可以将程序员从对数据的管理中解脱出来,专注于对程序逻辑的编写 mysql服务端软件即mysqld帮我们管理好文件夹以及文件,前提是作为使用者的我们,需要下载mysql的 ...

  10. 帝国cms面包屑导航的首页链接锚文本改成关键字

    帝国cms面包屑导航的首页链接关键字一般都是“首页”二字或home,如果你想从这里提高锚文字的相关性,可以改成相应的关键字,那么如何来修改呢? 我们知道帝国CMS面包屑导航的变量是[!--newsna ...