Python:有一个简单的两行答案，它使用空间代数和模量的组合。这不是直观的。我对它的解释令人困惑，但却是正确的。

知道5*7=35 7/5 = 1余数为2。如何保证余数之和始终为0?5*[7/5 = 1余数2]——> 35/5 = 7余数0

想象一下，我们有一条丝带，缠在一根周长为7的杆子上。丝带需要35个单位才能均匀地缠绕。随机选择7个色带片段len=[1…5]。忽略换行的有效长度与将rand5()转换为rand7()的方法相同。

import numpy as np
import pandas as pd
# display is a notebook function FYI
def rand5(): ## random uniform int [1...5]
    return np.random.randint(1,6)

n_trials = 1000
samples = [rand5() for _ in range(n_trials)]

display(pd.Series(samples).value_counts(normalize=True))
# 4    0.2042
# 5    0.2041
# 2    0.2010
# 1    0.1981
# 3    0.1926
# dtype: float64
    
def rand7(): # magic algebra
    x = sum(rand5() for _ in range(7))
    return x%7 + 1

samples = [rand7() for _ in range(n_trials)]

display(pd.Series(samples).value_counts(normalize=False))
# 6    1475
# 2    1475
# 3    1456
# 1    1423
# 7    1419
# 4    1393
# 5    1359
# dtype: int64
    
df = pd.DataFrame([
    pd.Series([rand7() for _ in range(n_trials)]).value_counts(normalize=True)
    for _ in range(1000)
])
df.describe()
#      1    2   3   4   5   6   7
# count 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000 1000.000000
# mean  0.142885    0.142928    0.142523    0.142266    0.142704    0.143048    0.143646
# std   0.010807    0.011526    0.010966    0.011223    0.011052    0.010983    0.011153
# min   0.112000    0.108000    0.101000    0.110000    0.100000    0.109000    0.110000
# 25%   0.135000    0.135000    0.135000    0.135000    0.135000    0.135000    0.136000
# 50%   0.143000    0.142000    0.143000    0.142000    0.143000    0.142000    0.143000
# 75%   0.151000    0.151000    0.150000    0.150000    0.150000    0.150000    0.151000
# max   0.174000    0.181000    0.175000    0.178000    0.189000    0.176000    0.179000

简单的解决方案已经被很好地覆盖了:为一个random7结果取两个random5样本，如果结果超出了产生均匀分布的范围，就重新做一次。如果你的目标是减少对random5的调用次数，这是非常浪费的——对于每个random7输出，对random5的平均调用次数是2.38，而不是2，这是由于丢弃样本的数量。

你可以通过使用更多的random5输入一次生成多个random7输出来做得更好。对于使用31位整数计算的结果，最优结果是使用12次调用random5生成9个random7输出，平均每个输出调用1.34次。它是高效的，因为244140625个结果中只有2018983个需要废弃，或者不到1%。

Python演示:

def random5():
    return random.randint(1, 5)

def random7gen(n):
    count = 0
    while n > 0:
        samples = 6 * 7**9
        while samples >= 6 * 7**9:
            samples = 0
            for i in range(12):
                samples = samples * 5 + random5() - 1
                count += 1
        samples //= 6
        for outputs in range(9):
            yield samples % 7 + 1, count
            samples //= 7
            count = 0
            n -= 1
            if n == 0: break

>>> from collections import Counter
>>> Counter(x for x,i in random7gen(10000000))
Counter({2: 1430293, 4: 1429298, 1: 1428832, 7: 1428571, 3: 1428204, 5: 1428134, 6: 1426668})
>>> sum(i for x,i in random7gen(10000000)) / 10000000.0
1.344606

这个怎么样

rand5 () % + rand5 (2) + 2 (2) % + rand5 rand5 () (2) % + rand5 % + rand5 (2) 2

不确定这是均匀分布的。有什么建议吗?

假设rand给予所有位相同的权重，然后用上界进行掩码。

int i = rand(5) ^ (rand(5) & 2);

Rand(5)只能返回:1b, 10b, 11b, 100b, 101b。有时候你只需要考虑设置2位。

Here's a solution that fits entirely within integers and is within about 4% of optimal (i.e. uses 1.26 random numbers in {0..4} for every one in {0..6}). The code's in Scala, but the math should be reasonably clear in any language: you take advantage of the fact that 7^9 + 7^8 is very close to 5^11. So you pick an 11 digit number in base 5, and then interpret it as a 9 digit number in base 7 if it's in range (giving 9 base 7 numbers), or as an 8 digit number if it's over the 9 digit number, etc.:

abstract class RNG {
  def apply(): Int
}

class Random5 extends RNG {
  val rng = new scala.util.Random
  var count = 0
  def apply() = { count += 1 ; rng.nextInt(5) }
}

class FiveSevener(five: RNG) {
  val sevens = new Array[Int](9)
  var nsevens = 0
  val to9 = 40353607;
  val to8 = 5764801;
  val to7 = 823543;
  def loadSevens(value: Int, count: Int) {
    nsevens = 0;
    var remaining = value;
    while (nsevens < count) {
      sevens(nsevens) = remaining % 7
      remaining /= 7
      nsevens += 1
    }
  }
  def loadSevens {
    var fivepow11 = 0;
    var i=0
    while (i<11) { i+=1 ; fivepow11 = five() + fivepow11*5 }
    if (fivepow11 < to9) { loadSevens(fivepow11 , 9) ; return }
    fivepow11 -= to9
    if (fivepow11 < to8) { loadSevens(fivepow11 , 8) ; return }
    fivepow11 -= to8
    if (fivepow11 < 3*to7) loadSevens(fivepow11 % to7 , 7)
    else loadSevens
  }
  def apply() = {
    if (nsevens==0) loadSevens
    nsevens -= 1
    sevens(nsevens)
  }
}

如果你将一个测试粘贴到解释器中(实际上是REPL)，你会得到:

scala> val five = new Random5
five: Random5 = Random5@e9c592

scala> val seven = new FiveSevener(five)
seven: FiveSevener = FiveSevener@143c423

scala> val counts = new Array[Int](7)
counts: Array[Int] = Array(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)

scala> var i=0 ; while (i < 100000000) { counts( seven() ) += 1 ; i += 1 }
i: Int = 100000000

scala> counts
res0: Array[Int] = Array(14280662, 14293012, 14281286, 14284836, 14287188,
14289332, 14283684)

scala> five.count
res1: Int = 125902876

分布很好，很平坦(在每个箱子中，10^8的1/7大约在10k范围内，就像预期的近似高斯分布一样)。

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。