【伪随机数】关于排序算法自测如何生成随机数而引发的……

以 Random 开始

可能一开始，你只是写到了排序算法如何生成随机数

public static void main(String[] args) {Random random = new Random();int[] nums = new int[10];for (int i = 0; i < nums.length; i++) {nums[i] = random.nextInt(100);}System.out.println("Before sorting...");for (int num : nums) {System.out.println(num);}quickSort(nums, 0, nums.length - 1);System.out.println("After sorting...");for (int num : nums) {System.out.println(num);}
}

然后想弱弱的问一句

Random random = new Random();
int num = random.nextInt(100);

num的取值范围包不包括 100？

然后，你看到了这篇文章～恭喜🎉～你以后再也不会忘记什么是伪随机数了

（什么、你并不想知道什么是伪随机数？……emmm来都来了，花一分钟瞅瞅呗_

一切都起源于这张图

我们大致翻译下上面👆的注释

返回一个介于 0（包含）和指定值（不包含）之间的伪随机（pseudorandom）、均匀分布的 int 值，该值取自随机数生成器的序列。

nextInt 的一般约定是在指定范围内伪随机生成并返回一个 int 值。

所有绑定的 int 值都会以（近似）相等的概率生成。

……

“伪随机”？“（近似）相等的概率”？什么意思 为什么这么说我们 random 生成的随机数？

什么是伪随机数（pseudorandom）？

伪随机数就是由算法生成的随机数，真随机是真正随机的数。

emmmm...哈哈约等于没说哈

其实一般来讲，计算机生成的的都叫伪随机数，因为他们都有以下几点共同之处：

• 算法可重现性：比如我们开篇引入内容提到的Random函数，它其实就是通过确定性的数学算法来生成随机数的，即只要给定相同的初始值（种子），就会按照固定的规则和步骤，产生完全相同的随机数序列（比如常见的伪随机数生成算法线性同余发生器（LCG））
• 缺乏真正的不确定性：真正的随机数来源于自然界的随机事件，如放射性衰变、热噪声等，这些事件是不可预测的，具有真正的不确定性。正如上一个特性“算法可重现性”提到的，只要知道初始值和规则，就可以重现整个随机数序列，所以它并不是真正的不确定（只是我们无法简单的确定下一个是啥）。而真正的随机数，如基于量子随机数生成器产生的随机数，其每一个数值的出现都是独立的、不可重现的随机事件的结果。

为什么量子随机数生成器产生的就是真正的随机数？

大家应该有听过那个“薛定谔的猫”吧%%

这是一个著名的思想实验，在这个思想实验中，一只猫被放置在一个密封的盒子里，盒子内有一个装有毒气的装置，该装置与一个放射性原子相连。根据量子力学的解释，在未进行观测之前，放射性原子处于衰变与未衰变的叠加态，相应地，猫也处于既死又活的叠加态。只有当我们打开盒子进行观测时，原子的波函数才会坍缩，猫的状态才会确定为死或活。

而量子随机数生成器中的量子比特（qubit）也处于类似的叠加态，直到被测量才会塌缩到0或1的某个确定状态，且塌缩到0或1的概率是相等的，这种不确定性是量子力学的基本特性，不是由任何外部因素或人为设定的算法所决定的，因此基于量子叠加态的测量结果具有真正的随机性。

• 周期性重复：虽然现代的伪随机数生成算法周期通常很长很长很长长长长……但理论上它们生成的随机数序列终究会重复。例如，梅森旋转算法的周期为2的19937次方减1，虽然这个周期非常长，在一般应用中几乎不会出现重复的情况，但从理论上讲，当生成的随机数数量达到这个周期时，序列就会开始重复。

梅森旋转算法(Mersenne Twister，MT19937)的周期到底有多长？

2^19937-1(2的19937次方减1)，其实不是很有概念，这个数到底有多大？

宇宙有多大知道不emmmm

目前观测到的宇宙直径约为930亿光年，即9.3 × 10^10光年

换算成米为：

9.3 × 10^10 × 9.461 × 10^15 ≈ 8.8 × 10^26 米

那么2^19937米相当于多少个宇宙直径？

2^19937 / 8.8 × 10^26 ≈ 4.89×10^5974

相当于 4.89×10^5974 个宇宙直径

宇宙不太熟悉？那用地球算算。。。

地球的赤道周长约为40,075公里，即40,075,000米。

2^19937(2的19937次方)米相当于多少个地球周长？

简单除一下……2^19937/40,075,000 约等于1.07×10^5994

相当于绕地球赤道大约1.07×10^5994圈

以 Random 结束

我们回到一开始的问题：

Random random = new Random();
int num = random.nextInt(100);

num的取值范围包不包括 100？

不包括嘿嘿😊

[0,100) 左闭右开，就是函数注释中的第一句

返回一个介于 0（包含）和指定值（不包含）之间的伪随机（pseudorandom）、均匀分布的 int 值，该值取自随机数生成器的序列。