给定一个函数，它产生的是1到5之间的随机整数，写一个函数，它产生的是1到7之间的随机整数。
当前回答
下面使用随机数发生器在{1,2,3,4,5,6,7}上产生均匀分布，在{1,2,3,4,5}上产生均匀分布。代码很混乱，但逻辑很清晰。
public static int random_7(Random rg) {
int returnValue = 0;
while (returnValue == 0) {
for (int i = 1; i <= 3; i++) {
returnValue = (returnValue << 1) + SimulateFairCoin(rg);
}
}
return returnValue;
}
private static int SimulateFairCoin(Random rg) {
while (true) {
int flipOne = random_5_mod_2(rg);
int flipTwo = random_5_mod_2(rg);
if (flipOne == 0 && flipTwo == 1) {
return 0;
}
else if (flipOne == 1 && flipTwo == 0) {
return 1;
}
}
}
private static int random_5_mod_2(Random rg) {
return random_5(rg) % 2;
}
private static int random_5(Random rg) {
return rg.Next(5) + 1;
}
其他回答
下面是Adam回答的Python实现。
import random
def rand5():
return random.randint(1, 5)
def rand7():
while True:
r = 5 * (rand5() - 1) + rand5()
#r is now uniformly random between 1 and 25
if (r <= 21):
break
#result is now uniformly random between 1 and 7
return r % 7 + 1
我喜欢把我正在研究的算法扔进Python，这样我就可以摆弄它们，我想我把它贴在这里，希望它对外面的人有用，而不是花很长时间来拼凑。
这里是我的一般实现，在给定一个范围为[0,B-1]的均匀发生器的情况下，生成范围为[0,N-1]的均匀。
public class RandomUnif {
public static final int BASE_NUMBER = 5;
private static Random rand = new Random();
/** given generator, returns uniform integer in the range 0.. BASE_NUMBER-1
public static int randomBASE() {
return rand.nextInt(BASE_NUMBER);
}
/** returns uniform integer in the range 0..n-1 using randomBASE() */
public static int randomUnif(int n) {
int rand, factor;
if( n <= 1 ) return 0;
else if( n == BASE_NUMBER ) return randomBASE();
if( n < BASE_NUMBER ) {
factor = BASE_NUMBER / n;
do
rand = randomBASE() / factor;
while(rand >= n);
return rand;
} else {
factor = (n - 1) / BASE_NUMBER + 1;
do {
rand = factor * randomBASE() + randomUnif(factor);
} while(rand >= n);
return rand;
}
}
}
不是特别高效，但一般和紧凑。对基生成器的均值调用:
n calls
2 1.250
3 1.644
4 1.252
5 1.000
6 3.763
7 3.185
8 2.821
9 2.495
10 2.250
11 3.646
12 3.316
13 3.060
14 2.853
15 2.650
16 2.814
17 2.644
18 2.502
19 2.361
20 2.248
21 2.382
22 2.277
23 2.175
24 2.082
25 2.000
26 5.472
27 5.280
28 5.119
29 4.899
如果我们考虑尝试给出最有效答案的附加约束，即给定一个长度为m(1-5)的均匀分布整数的输入流I，输出一个长度为m(1-7)的均匀分布整数的流O，长度为L(m)。
最简单的分析方法是将流I和O分别视为5元数和7元数。这是通过主答案的思想来实现的，即取流a1, a2, a3，…- > a1 + a2 + 5 * 5 ^ 2 * a3 + . .流O也是如此。
然后如果我们取长度为m的输入流的一段，选n s.t, 5^m-7^n=c，其中c>0，且尽可能小。然后有一个从长度为m的输入流到1到5^m的整数的统一映射，还有一个从1到7^n的整数到长度为n的输出流的统一映射，当映射的整数超过7^n时，我们可能不得不从输入流中丢失一些情况。
这就给出了L(m)的值约为m (log5/log7)也就是。82米。
上述分析的难点是方程5^m-7^n=c，它不容易精确求解，而在1到5^m的均匀值超过7^n的情况下，我们失去了效率。
问题是如何接近m (log5/log7)的最佳可能值。例如，当这个数字接近一个整数时，我们能否找到一种方法来实现这个精确的整数值输出?
如果5^m-7^n=c，那么从输入流中，我们有效地生成了一个从0到(5^m)-1的均匀随机数，并且不使用任何高于7^n的值。但是，这些值可以被保存并再次使用。它们有效地生成了从1到5^m-7^n的统一数字序列。所以我们可以尝试使用这些，并将它们转换成7位数，这样我们就可以创建更多的输出值。
如果我们让T7(X)是由大小为X的均匀输入导出的随机(1-7)整数的输出序列的平均长度，并假设5^m=7^n0+7^n1+7^n2+…+ 7 ^ nr + s, s < 7。
那么T7(5^m)=n0x7^n0/5^m + ((5^m-7^n0)/5^m) T7(5^m-7^n0)因为我们有一个无长度序列，概率为7^n0/5^m，残差长度为5^m-7^n0，概率为(5^m-7^n0)/5^m)。
如果我们一直代入，我们得到:
T7(5^m) = n0x7^n0/5^m + n1x7^n1/5^m + ... + nrx7^nr/5^m = (n0x7^n0 + n1x7^n1 + ... + nrx7^nr)/5^m
因此
L(m)=T7(5^m)=(n0x7^n0 + n1x7^n1 + ... + nrx7^nr)/(7^n0+7^n1+7^n2+...+7^nr+s)
另一种说法是:
If 5^m has 7-ary representation `a0+a1*7 + a2*7^2 + a3*7^3+...+ar*7^r
Then L(m) = (a1*7 + 2a2*7^2 + 3a3*7^3+...+rar*7^r)/(a0+a1*7 + a2*7^2 + a3*7^3+...+ar*7^r)
最好的情况是上面的原始情况，即5^m=7^n+s，其中s<7。
然后机械师》(5 ^ m) = nx (7 ^ n) / (7 ^ n + s) = o (n + 1) = m (Log5 / Log7) + o(1)美国之前。
最坏的情况是我们只能找到k和s.t 5^m = kx7+s。
Then T7(5^m) = 1x(k.7)/(k.7+s) = 1+o(1)
其他情况介于两者之间。看看对于很大的m，我们能做得多好，也就是说，我们能多好地得到误差项，这将是很有趣的:
T7(5^m) = m (Log5/Log7)+e(m)
一般来说，似乎不可能实现e(m)=o(1)但希望我们可以证明e(m)=o(m)。
整个问题取决于5^m的7位数字对不同m值的分布。
我相信有很多理论涵盖了这一点，我可能会在某个时候看一看并报告。
rand7() = (rand5()+rand5()+rand5()+rand5()+rand5()+rand5()+rand5())%7+1
编辑:这并不奏效。误差约为千分之二(假设是完美的rand5)。桶得到:
value Count Error%
1 11158 -0.0035
2 11144 -0.0214
3 11144 -0.0214
4 11158 -0.0035
5 11172 +0.0144
6 11177 +0.0208
7 11172 +0.0144
通过转换到的和
n Error%
10 +/- 1e-3,
12 +/- 1e-4,
14 +/- 1e-5,
16 +/- 1e-6,
...
28 +/- 3e-11
似乎每增加2就增加一个数量级
BTW:上面的误差表不是通过采样产生的，而是通过以下递归关系产生的:
P [x,n]是给定n次调用rand5，输出=x可能发生的次数。
p[1,1] ... p[5,1] = 1
p[6,1] ... p[7,1] = 0
p[1,n] = p[7,n-1] + p[6,n-1] + p[5,n-1] + p[4,n-1] + p[3,n-1]
p[2,n] = p[1,n-1] + p[7,n-1] + p[6,n-1] + p[5,n-1] + p[4,n-1]
p[3,n] = p[2,n-1] + p[1,n-1] + p[7,n-1] + p[6,n-1] + p[5,n-1]
p[4,n] = p[3,n-1] + p[2,n-1] + p[1,n-1] + p[7,n-1] + p[6,n-1]
p[5,n] = p[4,n-1] + p[3,n-1] + p[2,n-1] + p[1,n-1] + p[7,n-1]
p[6,n] = p[5,n-1] + p[4,n-1] + p[3,n-1] + p[2,n-1] + p[1,n-1]
p[7,n] = p[6,n-1] + p[5,n-1] + p[4,n-1] + p[3,n-1] + p[2,n-1]
我想我有四个答案，两个给出了像@Adam Rosenfield那样的精确解决方案，但没有无限循环问题，另外两个几乎完美的解决方案，但执行速度比第一个更快。
最好的精确解决方案需要7次调用rand5，但为了理解，让我们继续。
方法一:精确
Adam的答案的优点在于它给出了一个完美的均匀分布，并且只需要两次调用rand5()的概率非常高(21/25)。然而，最坏的情况是无限循环。
下面的第一个解决方案也给出了一个完美的均匀分布，但总共需要对rand5进行42次调用。没有无限循环。
下面是一个R的实现:
rand5 <- function() sample(1:5,1)
rand7 <- function() (sum(sapply(0:6, function(i) i + rand5() + rand5()*2 + rand5()*3 + rand5()*4 + rand5()*5 + rand5()*6)) %% 7) + 1
对于不熟悉R的人，这里是一个简化版本:
rand7 = function(){
r = 0
for(i in 0:6){
r = r + i + rand5() + rand5()*2 + rand5()*3 + rand5()*4 + rand5()*5 + rand5()*6
}
return r %% 7 + 1
}
rand5的分布将被保留。如果我们计算一下，循环的7次迭代中的每一次都有5^6个可能的组合，因此可能组合的总数为(7 * 5^6)%% 7 = 0。因此，我们可以将生成的随机数分成7个相等的组。有关这方面的更多讨论，请参见方法二。
以下是所有可能的组合:
table(apply(expand.grid(c(outer(1:5,0:6,"+")),(1:5)*2,(1:5)*3,(1:5)*4,(1:5)*5,(1:5)*6),1,sum) %% 7 + 1)
1 2 3 4 5 6 7
15625 15625 15625 15625 15625 15625 15625
我认为这很容易证明亚当的方法运行得快得多。在Adam的解中有42次或更多的rand5调用的概率非常小((4/25)^21 ~ 10^(-17))。
方法2 -不精确
现在是第二个方法，它几乎是统一的，但需要6次调用rand5:
rand7 <- function() (sum(sapply(1:6,function(i) i*rand5())) %% 7) + 1
以下是一个简化版本:
rand7 = function(){
r = 0
for(i in 1:6){
r = r + i*rand5()
}
return r %% 7 + 1
}
这实际上是方法1的一次迭代。如果我们生成所有可能的组合，结果计数如下:
table(apply(expand.grid(1:5,(1:5)*2,(1:5)*3,(1:5)*4,(1:5)*5,(1:5)*6),1,sum) %% 7 + 1)
1 2 3 4 5 6 7
2233 2232 2232 2232 2232 2232 2232
一个数字将在5^6 = 15625次试验中再次出现。
现在，在方法1中，通过将1加到6，我们将数字2233移动到每个连续的点上。因此，组合的总数将匹配。这是可行的，因为5^ 6% % 7 = 1，然后我们做了7个适当的变化，所以(7 * 5^ 6% % 7 = 0)。
方法三:精确
如果理解了方法1和2的参数，接下来就是方法3，它只需要7次调用rand5。在这一点上，我觉得这是精确解决方案所需的最少调用数。
下面是一个R的实现:
rand5 <- function() sample(1:5,1)
rand7 <- function() (sum(sapply(1:7, function(i) i * rand5())) %% 7) + 1
对于不熟悉R的人，这里是一个简化版本:
rand7 = function(){
r = 0
for(i in 1:7){
r = r + i * rand5()
}
return r %% 7 + 1
}
rand5的分布将被保留。如果我们计算一下，循环的7次迭代中的每一次都有5个可能的结果，因此可能组合的总数为(7 * 5)%% 7 = 0。因此，我们可以将生成的随机数分成7个相等的组。有关这方面的更多讨论，请参见方法一和方法二。
以下是所有可能的组合:
table(apply(expand.grid(0:6,(1:5)),1,sum) %% 7 + 1)
1 2 3 4 5 6 7
5 5 5 5 5 5 5
我认为这很直接地证明了亚当的方法仍然运行得更快。在Adam的解中有7次或更多的rand5调用的概率仍然很小((4/25)^3 ~ 0.004)。
方法4 -不精确
这是第二种方法的一个小变化。它几乎是统一的，但需要7次调用rand5，这是一个额外的方法2:
rand7 <- function() (rand5() + sum(sapply(1:6,function(i) i*rand5())) %% 7) + 1
以下是一个简化版本:
rand7 = function(){
r = 0
for(i in 1:6){
r = r + i*rand5()
}
return (r+rand5()) %% 7 + 1
}
如果我们生成所有可能的组合，结果计数如下:
table(apply(expand.grid(1:5,(1:5)*2,(1:5)*3,(1:5)*4,(1:5)*5,(1:5)*6,1:5),1,sum) %% 7 + 1)
1 2 3 4 5 6 7
11160 11161 11161 11161 11161 11161 11160
在5^7 = 78125次试验中，有两个数字会少出现一次。在大多数情况下，我可以接受。
