给定一个生成1到5rand5()范围内随机整数的函数，编写一个生成1到7rand7()范围内随机整数的函数

在我建议的解决方案中，我只调用rand5一次

真正的解决方案

float rand7()
{
    return (rand5() * 7.0) / 5.0 ;
}

这里的分布是缩放的，所以它直接取决于rand5的分布

整数解

int rand7()
{
    static int prev = 1;

    int cur = rand5();

    int r = cur * prev; // 1-25

    float f = r / 4.0; // 0.25-6.25

    f = f - 0.25; // 0-6

    f = f + 1.0; // 1-7

    prev = cur;

    return (int)f;
}

这里的分布取决于rand7(i) ~ rand5(i) * rand5(i-1)

rand7(0) ~ rand5(0) * 1

以下是我的回答:

static struct rand_buffer {
  unsigned v, count;
} buf2, buf3;

void push (struct rand_buffer *buf, unsigned n, unsigned v)
{
  buf->v = buf->v * n + v;
  ++buf->count;
}

#define PUSH(n, v)  push (&buf##n, n, v)

int rand16 (void)
{
  int v = buf2.v & 0xf;
  buf2.v >>= 4;
  buf2.count -= 4;
  return v;
}

int rand9 (void)
{
  int v = buf3.v % 9;
  buf3.v /= 9;
  buf3.count -= 2;
  return v;
}

int rand7 (void)
{
  if (buf3.count >= 2) {
    int v = rand9 ();

    if (v < 7)
      return v % 7 + 1;

    PUSH (2, v - 7);
  }

  for (;;) {
    if (buf2.count >= 4) {
      int v = rand16 ();

      if (v < 14) {
        PUSH (2, v / 7);
        return v % 7 + 1;
      }

      PUSH (2, v - 14);
    }

    // Get a number between 0 & 25
    int v = 5 * (rand5 () - 1) + rand5 () - 1;

    if (v < 21) {
      PUSH (3, v / 7);
      return v % 7 + 1;
    }

    v -= 21;
    PUSH (2, v & 1);
    PUSH (2, v >> 1);
  }
}

它比其他的稍微复杂一点，但我相信它最小化了对rand5的调用。与其他解决方案一样，它有小概率会循环很长时间。

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。

这个表达式足以得到1 - 7之间的随机整数

int j = ( rand5()*2 + 4 ) % 7 + 1;

我首先想到的是这个。但我不知道它是否均匀分布。 在python中实现

进口随机 def rand5 (): 返回random.randint(1、5) def rand7 (): 返回((rand5() -1) * rand5()) %7)+1

以下是我的发现:

Random5产生1~5的范围，随机分布 如果我们运行3次并将它们加在一起，我们将得到3~15个随机分布的范围 在3~15范围内执行算术 (3~15) - 1 = (2~14) (2~14)/2 = (1~7)

然后我们得到1~7的范围，这是我们正在寻找的Random7。