只要運氣足夠好，一刀也能999!JAVA隨機數快速入門
時間：2018-12-24 來源：華清遠見
“隨機數”的本質代表了人類的不可預知性，這一特性在編程領域可以說是必不可少的。需要隨機數發揮關鍵性作用的例子幾乎隨處可見：游戲中的數值浮動、抽獎系統中的號碼生成、安全領域的秘鑰生成、服務器集群中的負載均衡……這些或大或小、或簡單或復雜的功能，都需要基于隨機數實現。
所以，本文的目的就是要用最簡單易懂的方式來介紹如何在Java中使用隨機數。
不過，在開始之前，首先需要明確的一點是：本文中介紹的Java自帶API生成的隨機數都是“偽隨機數”——生成它們的生成算法是一種叫做“線性同余”的算法，它接收一個數字作為種子，根據該種子輸出一個看似隨機的數字。這種算法的輸出雖然看似“隨機”，不過它的結果其實是有周期的（只是周期很長），而數論的知識又告訴我們：有周期的東西一定可以預言。這就宣判了Java API生成的隨機數并不是真正“隨機”的隨機數，其生成結果其實取決于種子的數值，換句話說，使用相同種子生成的“隨機數”一定相同，無論試多少次。
聽到這里，可能會有不少初學者對其表示失望。不過別急著走，實際上我們只需每次都找一個不同的種子，那么也能夠令其生成的結果看起來無限接近于“隨機”。
那么如何才能找一個“每次都不一樣”的種子呢？需要注意的是，種子可以是有規律的——這也是隨機數生成函數存在的意義（否則還要它干嘛）。這樣的“種子”在現實生活中或者程序中幾乎隨處可見：例如從1997年1月1日0時0分0秒到你現在看這篇文章的時間的每一個毫秒數——就都能滿足要求（它們都不同，數量也足夠，而且還能繼續擴展）。
正因如此，“偽隨機數”在絕大多數開發環境下都完全能夠發揮出類似于“真隨機數”的效果（那么到底能不能用計算機生成“真隨機數”呢？其實也是可以的，不過這不是本文要討論的內容）。
道理現在大家都懂了，接下來我們就用一些喜聞樂見的例子來展示如何在Java中使用隨機數。
在Java中，獲取隨機數的方法非常簡單。Java本身提供了兩個“開箱即用”的工具：一個是專門用于生成隨機數的工具類：java.util.Random；另一個則是Math類提供的用于生成隨機數的方法：Math.random()。
我們先從第一個，也是最容易理解的說起：Random類。
需要使用Random類，首先需要將其實例化。該類提供了兩種實例化方法：Random()和Random(long seed)
示例如下：
第一種構造器是最貼心的——它會自動找一個“盡可能與同一個程序中其它使用該構造方法生成的Random對象所使用的種子不同的種子”來構造一個新對象。嗯……聽起來可能比較拗口，簡單地說就是它會盡可能保證該對象提供的隨機數是完全“隨機”的。
第二種構造器則允許開發者使用指定的種子來生成隨機數，其類型是long（它存在的意義是：如果某一天您發明了一種史無前例完美的種子生成算法，能確保生成“真隨機數”，那么這種構造器就能派上用場）。
使用Random對象來生成一個隨機整形：
第一個方法是生成一個隨機整形，那么它能夠提供2^23種可能性。
第二種則是指定生成“0-給定范圍”的隨機數。例如上圖的示例中，其返回值將是0-99中的某一個數值。
很多情況下，上面提到的兩個方法足以應對絕大多數隨機數生成需求。不過，Random還提供了更多的隨機數生成形式：
上圖的示例中，從上至下依次用于：
1.生成一個隨機整形（前文已經提到了）
2.生成一個隨機雙精度浮點型
3.生成一個隨機布爾型
4.生成一個隨機浮點型
5.生成一個隨機長整形
6.使用隨機生成的byte結果填滿給定的byte數組
可以看出，都十分簡單。
編程是一門實踐的藝術。現在，我們就嘗試使用上述技術做一個很簡單并且有趣的游戲：在我們的Java世界中有一個“戰士”角色，它（暫定為“它”）每次攻擊都會打出一個隨機的傷害數值（這就像你玩過的大多數游戲那樣）。當然，我們的“戰士”是訓練有素的，因此其傷害值一定是在100以上，不會比這個值還低。但是這個“戰士”的力量也不是無限大，所以它造成的傷害數值最大只能達到200。也就是說，每一次攻擊，這位戰士根據發揮情況的不同會造成100-200之間的一個隨機傷害。
那么，該如何使用上面提到的隨機數技術來模擬一下該“戰士”攻擊5次的效果呢？
首先，我們將“戰士類”創造出來：
可以看出，上圖設計的“戰士”可以執行“攻擊”方法。不過現在這個方法只能返回0——這可不符合前文提到的要求。因此，我們需要賦予它一定范圍內的“力量”：
因為最低傷害值也要到100，因此我們就用100來做返回值的“基底”，在此基礎上，浮動范圍也是100，因此我們加上一個0-101（不包括）之間的隨機數作為最終結果。
注意，這里只需使用一個Random實例即可，因為每次使用該實例執行nextInt()方法時均會獲得一個新的隨機數，這也是不給定種子時的效果。
OK，設計工作完成。是時候讓這個“戰士”來展示一下自己的實力了：
上面的代碼中，我們創建了一個“戰士”實例并循環執行5次攻擊動作，效果是否像我們設計的那樣呢？
嗯，完美。雖然這一次這個“戰士”可能沒吃飽，攻擊力偏低了。我們再試一次：
可以看出，這次它的發揮要比上一次好很多。只要運氣好，次次都能打出200的逆天傷害也是有可能的（當然，概率學告訴我們這種情況非常少見）。
那么，如果我們給定一個“種子”，會怎么樣呢？例如這一次我們使用“1L”作為種子創建Random。你會發現：此時，這個戰士無論進行多少次測試，每5次的傷害數值均完全一致，包括順序（這里就不再用圖片演示了，可以自行體驗）。這也就驗證了前文提到的“隨機數生成算法依賴于種子”的說法。
那么Random說完了，接下來再介紹一下Math工具類提供的random方法：
可以看出，這一方法也很簡單，它是一個靜態方法，因此直接使用Math類進行調用即可。每次調用它均會隨機地返回一個范圍為0-1（不包括）的double型數值（它無法指定種子，因此使用起來更加簡單）。
我相信，有些初學者在第一次看到它會覺得很奇怪：為何這個方法要返回一個如此怪異的結果？
實際上，你能通過這個值獲得任意范圍的隨機數。不信？我們接下來繼續上面的例子：
現在，我們的“戰士”經過一段時間的刻苦努力，終于從1級的新手成長為99級的老手，傷害的可能值也成長為現在的100-999（下限沒變，上限提高了一大截）。
那么，我們該如何用Math提供的random方法來實現這一效果呢？
首先，我們依舊是采用100作為返回值的“基底”，那么浮動數值的取值范圍就是0-899（包括）之間。可是前文中已經提到了，Math提供的random方法只能返回一個隨機的、0-1之間的double數值。這該怎么辦？
先舉個簡單的例子，假如我要生成5-7（不包括）之間的隨機數（也就是只有5，6兩種取值），那么可以這樣獲取：
返回值=5+（int）（（7-5）*Math.random()）
例如，某一次random返回了0.2，那么7-5=2，2*0.2=0.4，轉換為int類型后變為0，最終返回值5+0=5。嗯，這個值確實是5-7之間的一個隨機數。
再例如，某一次random反悔了0.8，那么7-5=2，2*0.8=1.6，轉換為int后還是1，此時返回值5+1=6，依舊滿足條件。
綜上，我們可以看出，使用0-1之間的小數產生M到N之間的隨機數，可以根據以下公式獲得：
結果=M+(int)((M-N)*Math.random())
這樣一來，我們的戰士也就可以整裝待發了（之所以乘以900不是乘以899，是因為產生的隨機數無限接近但不包括最大值，因此我們要加上1）：
如上。現在，我們再讓它來展示一下自己的實力：
效果如何呢？如下所示：
當然，和之前一樣，只要運氣足夠好，終有一天它能打出一刀999的傷害。
在此基礎上，還能添加暴擊效果，使其有一定幾率將傷害數值乘以2，或者添加miss效果，使其有一定幾率傷害為0……由此可見，按照這個原理繼續擴展的話，終有一天你也能寫出一套“只需體驗3分鐘”就能讓用戶愛上的款游戲作品了！
當然，那個目標可能并不容易實現。但是至少現在你應該已經掌握了在Java中方使用隨機數的方法了，這也是本文的意義所在！
感謝閱讀。
