通过使用滚动总数，您可以同时

保持平均分配;而且 不需要牺牲随机序列中的任何元素。

这两个问题都是简单的rand(5)+rand(5)…类型的解决方案。下面的Python代码展示了如何实现它(其中大部分是证明发行版)。

import random
x = []
for i in range (0,7):
    x.append (0)
t = 0
tt = 0
for i in range (0,700000):
    ########################################
    #####            qq.py             #####
    r = int (random.random () * 5)
    t = (t + r) % 7
    ########################################
    #####       qq_notsogood.py        #####
    #r = 20
    #while r > 6:
        #r =     int (random.random () * 5)
        #r = r + int (random.random () * 5)
    #t = r
    ########################################
    x[t] = x[t] + 1
    tt = tt + 1
high = x[0]
low = x[0]
for i in range (0,7):
    print "%d: %7d %.5f" % (i, x[i], 100.0 * x[i] / tt)
    if x[i] < low:
        low = x[i]
    if x[i] > high:
        high = x[i]
diff = high - low
print "Variation = %d (%.5f%%)" % (diff, 100.0 * diff / tt)

这个输出显示了结果:

pax$ python qq.py
0:   99908 14.27257
1:  100029 14.28986
2:  100327 14.33243
3:  100395 14.34214
4:   99104 14.15771
5:   99829 14.26129
6:  100408 14.34400
Variation = 1304 (0.18629%)

pax$ python qq.py
0:   99547 14.22100
1:  100229 14.31843
2:  100078 14.29686
3:   99451 14.20729
4:  100284 14.32629
5:  100038 14.29114
6:  100373 14.33900
Variation = 922 (0.13171%)

pax$ python qq.py
0:  100481 14.35443
1:   99188 14.16971
2:  100284 14.32629
3:  100222 14.31743
4:   99960 14.28000
5:   99426 14.20371
6:  100439 14.34843
Variation = 1293 (0.18471%)

一个简单的rand(5)+rand(5)，忽略那些返回大于6的情况，其典型变化为18%，是上面所示方法的100倍:

pax$ python qq_notsogood.py
0:   31756 4.53657
1:   63304 9.04343
2:   95507 13.64386
3:  127825 18.26071
4:  158851 22.69300
5:  127567 18.22386
6:   95190 13.59857
Variation = 127095 (18.15643%)

pax$ python qq_notsogood.py
0:   31792 4.54171
1:   63637 9.09100
2:   95641 13.66300
3:  127627 18.23243
4:  158751 22.67871
5:  126782 18.11171
6:   95770 13.68143
Variation = 126959 (18.13700%)

pax$ python qq_notsogood.py
0:   31955 4.56500
1:   63485 9.06929
2:   94849 13.54986
3:  127737 18.24814
4:  159687 22.81243
5:  127391 18.19871
6:   94896 13.55657
Variation = 127732 (18.24743%)

并且，根据Nixuz的建议，我已经清理了脚本，所以您可以提取并使用rand7…材料:

import random

# rand5() returns 0 through 4 inclusive.

def rand5():
    return int (random.random () * 5)

# rand7() generator returns 0 through 6 inclusive (using rand5()).

def rand7():
    rand7ret = 0
    while True:
        rand7ret = (rand7ret + rand5()) % 7
        yield rand7ret

# Number of test runs.

count = 700000

# Work out distribution.

distrib = [0,0,0,0,0,0,0]
rgen =rand7()
for i in range (0,count):
    r = rgen.next()
    distrib[r] = distrib[r] + 1

# Print distributions and calculate variation.

high = distrib[0]
low = distrib[0]
for i in range (0,7):
    print "%d: %7d %.5f" % (i, distrib[i], 100.0 * distrib[i] / count)
    if distrib[i] < low:
        low = distrib[i]
    if distrib[i] > high:
        high = distrib[i]
diff = high - low
print "Variation = %d (%.5f%%)" % (diff, 100.0 * diff / count)

#!/usr/bin/env ruby
class Integer
  def rand7
    rand(6)+1
  end
end

def rand5
  rand(4)+1
end

x = rand5() # x => int between 1 and 5

y = x.rand7() # y => int between 1 and 7

．．尽管这可能被认为是作弊。

int rand7() {
    int value = rand5()
              + rand5() * 2
              + rand5() * 3
              + rand5() * 4
              + rand5() * 5
              + rand5() * 6;
    return value%7;
}

与选定的解决方案不同，该算法将在常数时间内运行。然而，它对rand5的调用比所选解决方案的平均运行时间多2次。

请注意，这个生成器并不完美(数字0比任何其他数字都有0.0064%的可能性)，但对于大多数实际目的，保证恒定的时间可能比这种不准确性更重要。

解释

这个解源于数字15624能被7整除的事实，因此，如果我们可以随机且均匀地生成从0到15624的数字，然后对7取余，我们就可以得到一个近乎均匀的rand7生成器。将rand5滚动6次，将0到15624之间的数字统一生成，并使用这些数字组成以5为基数的数字，如下所示:

rand5 * 5^5 + rand5 * 5^4 + rand5 * 5^3 + rand5 * 5^2 + rand5 * 5 + rand5

mod 7的属性允许我们稍微简化一下方程:

5^5 = 3 mod 7
5^4 = 2 mod 7
5^3 = 6 mod 7
5^2 = 4 mod 7
5^1 = 5 mod 7

So

rand5 * 5^5 + rand5 * 5^4 + rand5 * 5^3 + rand5 * 5^2 + rand5 * 5 + rand5

就变成了

rand5 * 3 + rand5 * 2 + rand5 * 6 + rand5 * 4 + rand5 * 5 + rand5

理论

15624这个数字不是随机选择的，而是可以用费马小定理来发现的，该定理指出，如果p是质数，那么

a^(p-1) = 1 mod p

这就得到，

(5^6)-1 = 0 mod 7

(5^6)-1等于

4 * 5^5 + 4 * 5^4 + 4 * 5^3 + 4 * 5^2 + 4 * 5 + 4

这是一个以5为底的数，因此我们可以看到，这种方法可以用于从任何随机数发生器到任何其他随机数发生器。尽管在使用指数p-1时总是会引入对0的小偏差。

为了更准确地推广这种方法，我们可以有这样一个函数:

def getRandomconverted(frm, to):
    s = 0
    for i in range(to):
        s += getRandomUniform(frm)*frm**i
    mx = 0
    for i in range(to):
        mx = (to-1)*frm**i 
    mx = int(mx/to)*to # maximum value till which we can take mod
    if s < mx:
        return s%to
    else:
        return getRandomconverted(frm, to)

对于0-7的值，你有以下内容:

0 000
1 001
2 010
3 011
4 100
5 101
6 110
7 111

从左到右，Rand5()有p(1) ={2/ 5,2 / 5,3 /5}。因此，如果我们补这些概率分布(~Rand5())，我们应该能够使用它来生成我们的数字。我稍后会给出解决方案。有人有什么想法吗?

R

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。

为什么这行不通?除了对rand5()的额外调用之外?

i = rand5() + rand5() + (rand5() - 1) //Random number between 1 and 14

i = i % 7 + 1;