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haskell中如何抽取随机数_java

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haskell中如何抽取随机数？

随机数（我指的是伪随机数）是通过显式或隐式的状态来生成的。这意味着在 Haskell 中，随机数的使用（通过 System.Random库）是伴随着状态的传递的。

大部分需要获得帮助的人都有命令式编程的背景，因此，我会先用命令式的方式，然后再用函数式的方式来教大家在 Haskell 中使用随机数。

任务

我会生成满足以下条件的随机列表：

列表长度是 1 到 7

列表中的每一项都是 0.0 到 1.0 之间的浮点数

命令式

在 IO monad 中有一个全局的生成器，你可以初始化它，然后获取随机数。下面有一些常用的函数：

setStdGen :: StdGen -> IO ()

初始化或者设置全局生成器，我们可以用 mkStdGen来生成随机种子。因此，有一个很傻瓜式的用法：

setStdGen (mkStdGen 42)

当然，你可以用任意的 Int来替换 42。

其实，你可以选择是否调用 setStdGen，如果你不调用的话，全局的生成器还是可用的。因为在 runtime 会在启动的时候用一个任意的种子去初始化它，所以每次启动的时候，都会有一个不同的种子。

randomRIO :: (Random a) => (a,a) -> IO a

在给定范围随机返回一个类型为 a的值，同时全局生成器也会更新。你可以通过一个元组来指定范围。下面这个例子会返回 a到 z之间的随机值（包含 a和 z）：

c <- randomRIO ('a', 'z')

a可以是任意类型吗？并非如此。在 Haskell 98 标准中， Random库只支持 Bool, Char, Int, Integer, Float, Double（你可以自己去扩展这个支持的范围，但这是另外一个话题了）。

randomIO :: (Random a) => IO a

返回一个类型为 a的随机数（ a可以是任意类型吗？看上文），全局的生成器也会更新。下面这个例子会返回一个 Double类型的随机数：

x <- randomIO :: IO Double

随机数返回的范围由类型决定。

需要注意的是，这些都是 IO 函数，因此你只可以在 IO 函数中使用它们。换句话说，如果你写了一个要使用它们的函数，它的返回类型也会变成是 IO 函数。

举个例子，上面提到的代码片段都要写在 do block中。这只是一个提醒，因为我们想要用命令式的方式来生成随机数。

下面这个例子展示如何在 IO monad 中完成之前的任务：

import System.Randommain = do setStdGen (mkStdGen 42) -- 这步是可选的，如果有这一步，你每一次运行的结果都是一样的，因为随机种子固定是 42 s <- randomStuff print srandomStuff :: IO [Float]randomStuff = do n <- randomRIO (1, 7) sequence (replicate n (randomRIO (0, 1)))

纯函数式

你可能有以下原因想知道如何用函数式的方式生成随机数：

你有好奇心

你不想用 IO monad

因为一些并发或者其他原因，你想几个生成器同时存在，共享全局生成器不能解决你的问题

实际上，有两种方法来用函数式的方式去生成随机数：

从 stream（无限列表） 中提取随机数

把生成器当成函数参数的一部分，然后返回随机数

这里有一些常用的函数用来创建生成器和包含随机数的无限列表。

mkStdGen :: Int -> StdGen

用随机种子创建生成器。

randomRs :: (Random a, RandomGen g) => (a, a) -> g -> [a]

用生成器生成给定范围的无限列表。例子：用 42作为随机种子，返回 a到 z之间包含 a和 z的无限列表：

randomRs ('a', 'z') (mkStdGen 42)

类型 a是随机数的类型。类型 g看起来是通用的，但实际上它总是 StdGen。

randoms :: (Random a, RandomGen g) => g -> [a]

用给定的生成器生成随机数的无限列表。例如：用 42作为随机种子生成 Double类型的列表：

randoms (mkStdGen 42) :: [Double]

随机数的范围由类型决定，你需要查文档来确定具体范围，或者直接用 randomRs。

注意，这些都是函数式的 —— 意味着这里面没有副作用，特别是生成器并不会更新。如果你用一个生成器去生成第一个列表，然后用相同的生成器去生成第二个列表…

g = mkStdGen 42a = randoms g :: [Double]b = randoms g :: [Double]

猜猜结果，由于透明引用，这两个列表的结果是一样的！（如果你想用一个随机种子来生成两个不同的列表，我等下告诉你一个方法）。

下面一种方法来完成创建 1到 7的随机列表：

import System.Randommain = do let g = mkStdGen 42 let [s] = take 1 (randomStuff g) print srandomStuff :: RandomGen g => g -> [[Float]]randomStuff g = work (randomRs (0.0, 1.0) g)work :: [Float] -> [[Float]]work (r:rs) = let n = truncate (r * 7.0) + 1 (xs, ys) = splitAt n rs in xs : work ys

除了必要的打印操作外，这是纯函数式的。它用生成器生成了无限列表，然后再用这个无限列表来生成另一个无限列表作为答案，最后取第一个作为返回值。

我这样做是因为尽管我们今天的人物是生成一个随机数，但你通常会需要很多个，我希望这个例子可以对你有点帮助。

上面的代码的工作原理是：用一个生成器，创建一个包含 Float的无限列表。截取第一个值，并扩大这个值到 1到 7，然后用剩下的列表来生成答案。换句话说，把输入的列表分成 (r:rs)， r决定生成列表的长度（ 1到 7）， rs之后会被计算答案。

split :: (RandomGen g) => g -> (g, g)

用一个随机种子创建两个不同的生成器，其他情况下重用相同的种子是不明智的。

g = mkStdGen 42(ga, gb) = split g-- do not use g elsewhere

如果你想创建多余两个的生成器，你可以对新的生成器中的其中一个使用 split：

g = mkStdGen 42(ga, g') = split g(gb, gc) = split g'-- do not use g, g' elsewhere

我们可以用 split来获得两个生成器，这样我们就可以产生两个随机列表了。

c <- randomRIO ('a', 'z')0

它把生成器分成两个，然后产生两个列表。

我在主程序中硬编码了随机种子。正常情况下你可以在其他地方获取随机种子 —— 从输入中获取，从文件中获取，从时间上获取，或者从某些设备中获取。

这些在主程序中都是 do-able 的，因为它们都可以在 IO monad 中访问。

你也可以通过 getStdGen获取全局生成器：

c <- randomRIO ('a', 'z')1

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