シード可能なJavaScript乱数ジェネレーター
JavaScript Math.random() 関数は、現在の時刻に基づいて自動的にシードされた0〜1のランダムな値を返します（Javaに似ています）。しかし、私はあなたがそれのための独自の種を設定する方法があるとは思わない。
自分のシード値を提供できる乱数ジェネレーターを作成して、（擬似）乱数の反復可能なシーケンスを生成できるようにするにはどうすればよいですか？
1つのオプションは http://davidbau.com/seedrandom です。これは、ニースプロパティを使用した、シード可能なRC4ベースのMath.random（）ドロップイン置換です。
シード機能が必要ない場合は、Math.random()を使用し、その周りにヘルパー関数を作成します（例：randRange(start, end)）。
どのRNGを使用しているかはわかりませんが、その特徴と制限を認識できるように、それを知って文書化するのが最善です。
Starkiiが言ったように、Mersenne Twisterは優れたPRNGですが、実装するのは簡単ではありません。自分でやりたい場合は、 LCG を実装してみてください-非常に簡単で、適切なランダム性（メルセンヌツイスターほどではない）があり、人気のある定数を使用できます。
function RNG(seed) {
// LCG using GCC's constants
this.m = 0x80000000; // 2**31;
this.a = 1103515245;
this.c = 12345;
this.state = seed ? seed : Math.floor(Math.random() * (this.m - 1));
}
RNG.prototype.nextInt = function() {
this.state = (this.a * this.state + this.c) % this.m;
return this.state;
}
RNG.prototype.nextFloat = function() {
// returns in range [0,1]
return this.nextInt() / (this.m - 1);
}
RNG.prototype.nextRange = function(start, end) {
// returns in range [start, end): including start, excluding end
// can't modulu nextInt because of weak randomness in lower bits
var rangeSize = end - start;
var randomUnder1 = this.nextInt() / this.m;
return start + Math.floor(randomUnder1 * rangeSize);
}
RNG.prototype.choice = function(array) {
return array[this.nextRange(0, array.length)];
}
var rng = new RNG(20);
for (var i = 0; i < 10; i++)
console.log(rng.nextRange(10, 50));
var digits = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9'];
for (var i = 0; i < 10; i++)
console.log(rng.choice(digits));シードを指定できるようにする場合は、getSeconds()とgetMinutes()の呼び出しを置き換えるだけです。 intを渡し、秒の値にその半分をmod 60として使用し、残りの半分を60を法として使用して他の部分を与えることができます。
そうは言っても、このメソッドはゴミのように見えます。適切な乱数生成を行うことは非常に困難です。これに関する明らかな問題は、乱数シードが秒と分に基づいていることです。シードを推測して乱数のストリームを再作成するには、3600の異なる秒と分の組み合わせを試すだけです。また、3600の異なる可能なシードのみがあることも意味します。これは修正可能ですが、最初からこのRNGを疑っています。
より良いRNGを使用する場合は、 Mersenne Twister を試してください。十分にテストされた、かなり堅牢なRNGであり、巨大な軌道と優れたパフォーマンスを備えています。
編集：私は本当に正しいはずであり、これを擬似乱数ジェネレータまたはPRNGと呼ぶ必要があります。
「算術法を使って乱数を生成する人は誰でも罪の状態です。」
---ジョン・フォン・ノイマン
Mersenne TwisterのJavaScriptポートを使用します。 https://Gist.github.com/300494 これにより、シードを手動で設定できます。また、他の回答で述べたように、メルセンヌツイスターは非常に優れたPRNGです。
リストしたコードは Lehmer RNG のように見えます。これが当てはまる場合、2147483647は最大の32ビット符号付き整数、2147483647は最大の32ビット素数、48271は全期間の乗数です。番号を生成します。
これが当てはまる場合は、RandomNumberGeneratorを変更して追加のパラメーターseedを取り込み、this.seedをseedに設定できます。ただし、シードが乱数の適切な分布をもたらすように注意する必要があります（レーマーはそのように奇妙な場合があります）-しかし、ほとんどのシードは問題ありません。
以下は、カスタムシードを供給できるPRNGです。 SeedRandomを呼び出すと、ランダムジェネレーター関数が返されます。 SeedRandomを引数なしで呼び出して、返されたランダム関数に現在の時刻をシードするか、1または2の非負のintersを引数として呼び出して、それらの整数をシードすることができます。浮動小数点精度のため、1つの値のみを使用したシードでは、ジェネレーターを2 ^ 53の異なる状態のいずれかでのみ開始できます。
返される乱数ジェネレーター関数は、limitという名前の1つの整数引数を取ります。制限は1から4294965886の範囲でなければなりません。関数は0からlimit-1の範囲の数値を返します。
function SeedRandom(state1,state2){
var mod1=4294967087
var mul1=65539
var mod2=4294965887
var mul2=65537
if(typeof state1!="number"){
state1=+new Date()
}
if(typeof state2!="number"){
state2=state1
}
state1=state1%(mod1-1)+1
state2=state2%(mod2-1)+1
function random(limit){
state1=(state1*mul1)%mod1
state2=(state2*mul2)%mod2
if(state1<limit && state2<limit && state1<mod1%limit && state2<mod2%limit){
return random(limit)
}
return (state1+state2)%limit
}
return random
}
使用例：
var generator1=SeedRandom() //Seed with current time
var randomVariable=generator1(7) //Generate one of the numbers [0,1,2,3,4,5,6]
var generator2=SeedRandom(42) //Seed with a specific seed
var fixedVariable=generator2(7) //First value of this generator will always be
//1 because of the specific seed.
このジェネレーターには、次のプロパティがあります。
- 約2 ^ 64の異なる内部状態があります。
- 期間は約2 ^ 63で、JavaScriptプログラムで誰もが現実的に必要とするよりもはるかに多くなっています。
mod値が素数であるため、選択された制限に関係なく、出力には単純なパターンはありません。これは、非常に体系的なパターンを示す単純なPRNGとは異なります。- 制限に関係なく完全な分布を得るために、いくつかの結果を破棄します。
- それは比較的遅く、私のマシンでは毎秒約100,000回実行されます。
TypeScriptでプログラミングする場合、このスレッドに対するChristoph Henkelmannの回答でTypeScriptクラスとしてもたらされたMersenne Twisterの実装を適応させました。
/**
* copied almost directly from Mersenne Twister implementation found in https://Gist.github.com/banksean/300494
* all rights reserved to him.
*/
export class Random {
static N = 624;
static M = 397;
static MATRIX_A = 0x9908b0df;
/* constant vector a */
static UPPER_MASK = 0x80000000;
/* most significant w-r bits */
static LOWER_MASK = 0x7fffffff;
/* least significant r bits */
mt = new Array(Random.N);
/* the array for the state vector */
mti = Random.N + 1;
/* mti==N+1 means mt[N] is not initialized */
constructor(seed:number = null) {
if (seed == null) {
seed = new Date().getTime();
}
this.init_genrand(seed);
}
private init_genrand(s:number) {
this.mt[0] = s >>> 0;
for (this.mti = 1; this.mti < Random.N; this.mti++) {
var s = this.mt[this.mti - 1] ^ (this.mt[this.mti - 1] >>> 30);
this.mt[this.mti] = (((((s & 0xffff0000) >>> 16) * 1812433253) << 16) + (s & 0x0000ffff) * 1812433253)
+ this.mti;
/* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
/* In the previous versions, MSBs of the seed affect */
/* only MSBs of the array mt[]. */
/* 2002/01/09 modified by Makoto Matsumoto */
this.mt[this.mti] >>>= 0;
/* for >32 bit machines */
}
}
/**
* generates a random number on [0,0xffffffff]-interval
* @private
*/
private _nextInt32():number {
var y:number;
var mag01 = new Array(0x0, Random.MATRIX_A);
/* mag01[x] = x * MATRIX_A for x=0,1 */
if (this.mti >= Random.N) { /* generate N words at one time */
var kk:number;
if (this.mti == Random.N + 1) /* if init_genrand() has not been called, */
this.init_genrand(5489);
/* a default initial seed is used */
for (kk = 0; kk < Random.N - Random.M; kk++) {
y = (this.mt[kk] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[kk + 1] & Random.LOWER_MASK);
this.mt[kk] = this.mt[kk + Random.M] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
}
for (; kk < Random.N - 1; kk++) {
y = (this.mt[kk] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[kk + 1] & Random.LOWER_MASK);
this.mt[kk] = this.mt[kk + (Random.M - Random.N)] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
}
y = (this.mt[Random.N - 1] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[0] & Random.LOWER_MASK);
this.mt[Random.N - 1] = this.mt[Random.M - 1] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
this.mti = 0;
}
y = this.mt[this.mti++];
/* Tempering */
y ^= (y >>> 11);
y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680;
y ^= (y << 15) & 0xefc60000;
y ^= (y >>> 18);
return y >>> 0;
}
/**
* generates an int32 pseudo random number
* @param range: an optional [from, to] range, if not specified the result will be in range [0,0xffffffff]
* @return {number}
*/
nextInt32(range:[number, number] = null):number {
var result = this._nextInt32();
if (range == null) {
return result;
}
return (result % (range[1] - range[0])) + range[0];
}
/**
* generates a random number on [0,0x7fffffff]-interval
*/
nextInt31():number {
return (this._nextInt32() >>> 1);
}
/**
* generates a random number on [0,1]-real-interval
*/
nextNumber():number {
return this._nextInt32() * (1.0 / 4294967295.0);
}
/**
* generates a random number on [0,1) with 53-bit resolution
*/
nextNumber53():number {
var a = this._nextInt32() >>> 5, b = this._nextInt32() >>> 6;
return (a * 67108864.0 + b) * (1.0 / 9007199254740992.0);
}
}
次のように使用できます。
var random = new Random(132);
random.nextInt32(); //return a pseudo random int32 number
random.nextInt32([10,20]); //return a pseudo random int in range [10,20]
random.nextNumber(); //return a a pseudo random number in range [0,1]
他のメソッドについてはソースを確認してください。
注：このコードは元々上記の質問に含まれていました。質問を短くして焦点を絞るために、このコミュニティWikiの回答に移動しました。
私はこのコードが動き回っていることを発見し、乱数を取得してからシードを使用するとうまくいくように見えますが、ロジックがどのように動作するのかよくわかりません（たとえば、2345678901、48271、2147483647の数字がどこから来たのか）。
function nextRandomNumber(){
var hi = this.seed / this.Q;
var lo = this.seed % this.Q;
var test = this.A * lo - this.R * hi;
if(test > 0){
this.seed = test;
} else {
this.seed = test + this.M;
}
return (this.seed * this.oneOverM);
}
function RandomNumberGenerator(){
var d = new Date();
this.seed = 2345678901 + (d.getSeconds() * 0xFFFFFF) + (d.getMinutes() * 0xFFFF);
this.A = 48271;
this.M = 2147483647;
this.Q = this.M / this.A;
this.R = this.M % this.A;
this.oneOverM = 1.0 / this.M;
this.next = nextRandomNumber;
return this;
}
function createRandomNumber(Min, Max){
var Rand = new RandomNumberGenerator();
return Math.round((Max-Min) * Rand.next() + Min);
}
//Thus I can now do:
var letters = ['a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z'];
var numbers = ['1','2','3','4','5','6','7','8','9','10'];
var colors = ['red','orange','yellow','green','blue','Indigo','Violet'];
var first = letters[createRandomNumber(0, letters.length)];
var second = numbers[createRandomNumber(0, numbers.length)];
var third = colors[createRandomNumber(0, colors.length)];
alert("Today's show was brought to you by the letter: " + first + ", the number " + second + ", and the color " + third + "!");
/*
If I could pass my own seed into the createRandomNumber(min, max, seed);
function then I could reproduce a random output later if desired.
*/