題目:
已知有個rand7()的函數,返回1到7隨機自然數,讓利用這個rand7()構造rand10() 隨機1~10。
分析:要保證rand10()在整數1-10的均勻分布,可以構造一個1-10*n的均勻分布的隨機整數區間(n為任何正整數)。假設x是這個1-10*n區間上的一個隨機整數,那麼x%10+1就是均勻分布在1-10區間上的整數。由於(rand7()-1)*7+rand7()可以構造出均勻分布在1-49的隨機數(原因見下面的說明),可以將41~49這樣的隨機數剔除掉,得到的數1-40仍然是均勻分布在1-40的,這是因為每個數都可以看成一個獨立事件。
下面說明為什麼(rand7()-1)*7+rand7()可以構造出均勻分布在1-49的隨機數:
首先rand7()-1得到一個離散整數集合{0,1,2,3,4,5,6},其中每個整數的出現概率都是1/7。那麼(rand7()-1)*7得到一個離散整數集合A={0,7,14,21,28,35,42},其中每個整數的出現概率也都是1/7。而rand7()得到的集合B={1,2,3,4,5,6,7}中每個整數出現的概率也是1/7。顯然集合A和B中任何兩個元素組合可以與1-49之間的一個整數一一對應,也就是說1-49之間的任何一個數,可以唯一確定A和B中兩個元素的一種組合方式,反過來也成立。由於A和B中元素可以看成是獨立事件,根據獨立事件的概率公式P(AB)=P(A)P(B),得到每個組合的概率是1/7*1/7=1/49。因此(rand7()-1)*7+rand7()生成的整數均勻分布在1-49之間,每個數的概率都是1/49。
x = x = * (rand7() - ) + }(x > x % + }
:為什麼用while(x>40)而不用while(x>10)呢?原因是如果用while(x>10)則有40/49的概率需要循環while,很有可能死循環了。
已知random3()這個隨機數產生器生成[1, 3]范圍的隨機數,請用random3()構造random5()函數,生成[1, 5]的隨機數?
問題分析:
如何從[1-3]范圍的數構造更大范圍的數呢?同時滿足這個更大范圍的數出現概率是相同的,可以想到的運算包括兩種:加法和乘法
考慮下面的表達式:
3 * (random3() – 1) + random3();
可以計算得到上述表達式的范圍是[1, 9] 而且數的出現概率是相同的,即1/9
下面考慮如何從[1, 9]范圍的數生成[1, 5]的數呢?
可以想到的方法就是 rejection sampling 方法,即生成[1, 9]的隨機數,如果數的范圍不在[1, 5]內,則重新取樣
val = val = * (random3() - ) + }(val > }
將這個問題進一步抽象,已知random_m()隨機數生成器的范圍是[1, m] 求random_n()生成[1, n]范圍的函數,m < n && n <= m *m
val = t; val = m * (random_m() - ) + }(val > }