シード可能なJavaScript乱数ジェネレータ

JavaScript Math.random()関数は、0〜1のランダムな値を返します。現在の時刻に基づいて自動的にシードされます（私が信じているJavaに似ています）。ただし、自分で種を設定する方法はないと思います。

独自のシード値を提供できる乱数ジェネレータを作成して、（疑似）乱数の反復可能なシーケンスを生成できるようにするにはどうすればよいですか？

1つのオプションはhttp://davidbau.com/seedrandomで、これはシード可能なRC4ベースのMath.random（）ドロップイン置換で、素敵なプロパティを備えています。

シード機能が必要ない場合は、そのMath.random()周りにヘルパー関数を使用して構築します（例：）randRange(start, end)。

どのRNGを使用しているかはわかりませんが、その特性と制限を認識できるように、それを知って文書化することをお勧めします。

Starkiiが言ったように、Mersenne Twisterは優れたPRNGですが、実装は簡単ではありません。自分でやりたい場合は、LCGを実装してみてください。これは非常に簡単で、まともなランダム性（メルセンヌツイスターほど良くありません）であり、人気のある定数のいくつかを使用できます。

編集：LCGオプションを含む、短いシード可能なRNG実装については、この回答で優れたオプションを検討してください。

function RNG(seed) {
  // LCG using GCC's constants
  this.m = 0x80000000; // 2**31;
  this.a = 1103515245;
  this.c = 12345;

  this.state = seed ? seed : Math.floor(Math.random() * (this.m - 1));
}
RNG.prototype.nextInt = function() {
  this.state = (this.a * this.state + this.c) % this.m;
  return this.state;
}
RNG.prototype.nextFloat = function() {
  // returns in range [0,1]
  return this.nextInt() / (this.m - 1);
}
RNG.prototype.nextRange = function(start, end) {
  // returns in range [start, end): including start, excluding end
  // can't modulu nextInt because of weak randomness in lower bits
  var rangeSize = end - start;
  var randomUnder1 = this.nextInt() / this.m;
  return start + Math.floor(randomUnder1 * rangeSize);
}
RNG.prototype.choice = function(array) {
  return array[this.nextRange(0, array.length)];
}

var rng = new RNG(20);
for (var i = 0; i < 10; i++)
  console.log(rng.nextRange(10, 50));

var digits = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9'];
for (var i = 0; i < 10; i++)
  console.log(rng.choice(digits));

あなたは、種子を指定できるようにしたい場合は、あなただけの呼び出しを交換する必要があるgetSeconds()とgetMinutes()。intを渡して、秒の値にmod 60の半分を使用し、残りの半分を60を法として使用して、他の部分を取得できます。

そうは言っても、このメソッドはゴミのように見えます。適切な乱数生成を行うことは非常に困難です。これの明らかな問題は、乱数シードが秒と分に基づいていることです。シードを推測して乱数のストリームを再作成するには、3600種類の秒と分の組み合わせを試すだけです。また、可能なシードは3600しか存在しないことも意味します。これは修正可能ですが、このRNGは最初から疑わしいと思います。

より良いRNGを使用したい場合は、Mersenne Twisterを試してください。これは十分にテストされた非常に堅牢なRNGであり、巨大な軌道と優れたパフォーマンスを備えています。

編集：私は本当に正しいはずであり、これを疑似乱数ジェネレータまたはPRNGと呼びます。

「算術演算を使用して乱数を生成する人は誰でも罪の状態にあります。」
                                                                                                                                                          ---ジョンフォンノイマン

Mersenne TwisterのJavaScriptポートを使用します：https : //gist.github.com/300494 シードを手動で設定できます。また、他の回答で述べたように、メルセンヌツイスターは本当に良いPRNGです。

リストしたコードはLehmer RNGのように見えます。これが当てはまる場合、2147483647は最大の32ビット符号付き整数、2147483647最大の32ビット素数、および48271数値の生成に使用される全周期乗数です。

これに該当する場合はRandomNumberGenerator、追加のパラメーターを取り込むように変更してからseed、に設定this.seedできseedます。ただし、シードによって乱数が適切に分散されるように注意する必要があります（Lehmerはそのように奇妙な場合があります）。ただし、ほとんどのシードは問題ありません。

以下は、カスタムシードを供給できるPRNGです。呼び出すSeedRandomと、ランダムジェネレーター関数が返されます。SeedRandom返されるランダム関数に現在の時刻をシードするために引数なしで呼び出すことができます。または、整数としてシードするために、引数として1または2の非負のinterを指定して呼び出すことができます。浮動小数点精度のため、値を1つだけシードすると、ジェネレーターは2 ^ 53の異なる状態のいずれかでのみ開始できます。

返されるランダムジェネレーター関数はという名前の整数引数を1つ取ります。limit制限は1から4294965886の範囲でなければなりません。関数は0からlimit-1の範囲の数値を返します。

function SeedRandom(state1,state2){
    var mod1=4294967087
    var mul1=65539
    var mod2=4294965887
    var mul2=65537
    if(typeof state1!="number"){
        state1=+new Date()
    }
    if(typeof state2!="number"){
        state2=state1
    }
    state1=state1%(mod1-1)+1
    state2=state2%(mod2-1)+1
    function random(limit){
        state1=(state1*mul1)%mod1
        state2=(state2*mul2)%mod2
        if(state1<limit && state2<limit && state1<mod1%limit && state2<mod2%limit){
            return random(limit)
        }
        return (state1+state2)%limit
    }
    return random
}

使用例：

var generator1=SeedRandom() //Seed with current time
var randomVariable=generator1(7) //Generate one of the numbers [0,1,2,3,4,5,6]
var generator2=SeedRandom(42) //Seed with a specific seed
var fixedVariable=generator2(7) //First value of this generator will always be
                                //1 because of the specific seed.

このジェネレーターは次のプロパティを示します。

• 約2 ^ 64通りの可能な内部状態があります。
• 周期は約2 ^ 63で、JavaScriptプログラムで実際に誰もが必要とするよりもはるかに多くなります。
• ためにmod素数であること値出力には単純なパターンが存在しない、何も選択した制限を問題ではありません。これは、かなり体系的なパターンを示すいくつかの単純なPRNGとは異なります。
• 制限に関係なく完全な分布を実現するために、一部の結果は破棄されます。
• それは比較的遅く、私のマシンでは毎秒約10 000 000回実行されます。

Typescriptでプログラミングする場合は、このスレッドに対するChristoph Henkelmannの回答でもたらされたMersenne Twister実装をtypescriptクラスとして採用しました。

/**
 * copied almost directly from Mersenne Twister implementation found in https://gist.github.com/banksean/300494
 * all rights reserved to him.
 */
export class Random {
    static N = 624;
    static M = 397;
    static MATRIX_A = 0x9908b0df;
    /* constant vector a */
    static UPPER_MASK = 0x80000000;
    /* most significant w-r bits */
    static LOWER_MASK = 0x7fffffff;
    /* least significant r bits */

    mt = new Array(Random.N);
    /* the array for the state vector */
    mti = Random.N + 1;
    /* mti==N+1 means mt[N] is not initialized */

    constructor(seed:number = null) {
        if (seed == null) {
            seed = new Date().getTime();
        }

        this.init_genrand(seed);
    }

    private init_genrand(s:number) {
        this.mt[0] = s >>> 0;
        for (this.mti = 1; this.mti < Random.N; this.mti++) {
            var s = this.mt[this.mti - 1] ^ (this.mt[this.mti - 1] >>> 30);
            this.mt[this.mti] = (((((s & 0xffff0000) >>> 16) * 1812433253) << 16) + (s & 0x0000ffff) * 1812433253)
                + this.mti;
            /* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
            /* In the previous versions, MSBs of the seed affect   */
            /* only MSBs of the array mt[].                        */
            /* 2002/01/09 modified by Makoto Matsumoto             */
            this.mt[this.mti] >>>= 0;
            /* for >32 bit machines */
        }
    }

    /**
     * generates a random number on [0,0xffffffff]-interval
     * @private
     */
    private _nextInt32():number {
        var y:number;
        var mag01 = new Array(0x0, Random.MATRIX_A);
        /* mag01[x] = x * MATRIX_A  for x=0,1 */

        if (this.mti >= Random.N) { /* generate N words at one time */
            var kk:number;

            if (this.mti == Random.N + 1)   /* if init_genrand() has not been called, */
                this.init_genrand(5489);
            /* a default initial seed is used */

            for (kk = 0; kk < Random.N - Random.M; kk++) {
                y = (this.mt[kk] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[kk + 1] & Random.LOWER_MASK);
                this.mt[kk] = this.mt[kk + Random.M] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
            }
            for (; kk < Random.N - 1; kk++) {
                y = (this.mt[kk] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[kk + 1] & Random.LOWER_MASK);
                this.mt[kk] = this.mt[kk + (Random.M - Random.N)] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
            }
            y = (this.mt[Random.N - 1] & Random.UPPER_MASK) | (this.mt[0] & Random.LOWER_MASK);
            this.mt[Random.N - 1] = this.mt[Random.M - 1] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];

            this.mti = 0;
        }

        y = this.mt[this.mti++];

        /* Tempering */
        y ^= (y >>> 11);
        y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680;
        y ^= (y << 15) & 0xefc60000;
        y ^= (y >>> 18);

        return y >>> 0;
    }

    /**
     * generates an int32 pseudo random number
     * @param range: an optional [from, to] range, if not specified the result will be in range [0,0xffffffff]
     * @return {number}
     */
    nextInt32(range:[number, number] = null):number {
        var result = this._nextInt32();
        if (range == null) {
            return result;
        }

        return (result % (range[1] - range[0])) + range[0];
    }

    /**
     * generates a random number on [0,0x7fffffff]-interval
     */
    nextInt31():number {
        return (this._nextInt32() >>> 1);
    }

    /**
     * generates a random number on [0,1]-real-interval
     */
    nextNumber():number {
        return this._nextInt32() * (1.0 / 4294967295.0);
    }

    /**
     * generates a random number on [0,1) with 53-bit resolution
     */
    nextNumber53():number {
        var a = this._nextInt32() >>> 5, b = this._nextInt32() >>> 6;
        return (a * 67108864.0 + b) * (1.0 / 9007199254740992.0);
    }
}

次のように使用できます。

var random = new Random(132);
random.nextInt32(); //return a pseudo random int32 number
random.nextInt32([10,20]); //return a pseudo random int in range [10,20]
random.nextNumber(); //return a a pseudo random number in range [0,1]

その他のメソッドについては、ソースを確認してください。

注：このコードはもともと上記の質問に含まれていました。質問を短く集中的にするために、このコミュニティWikiの回答に移動しました。

このコードは問題なく動作し、乱数を取得してシードを後で使用すると問題なく動作するように見えますが、ロジックがどのように機能するか（たとえば、2345678901、48271および2147483647がどこから来たか）はよくわかりません。

function nextRandomNumber(){
  var hi = this.seed / this.Q;
  var lo = this.seed % this.Q;
  var test = this.A * lo - this.R * hi;
  if(test > 0){
    this.seed = test;
  } else {
    this.seed = test + this.M;
  }
  return (this.seed * this.oneOverM);
}

function RandomNumberGenerator(){
  var d = new Date();
  this.seed = 2345678901 + (d.getSeconds() * 0xFFFFFF) + (d.getMinutes() * 0xFFFF);
  this.A = 48271;
  this.M = 2147483647;
  this.Q = this.M / this.A;
  this.R = this.M % this.A;
  this.oneOverM = 1.0 / this.M;
  this.next = nextRandomNumber;
  return this;
}

function createRandomNumber(Min, Max){
  var rand = new RandomNumberGenerator();
  return Math.round((Max-Min) * rand.next() + Min);
}

//Thus I can now do:
var letters = ['a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z'];
var numbers = ['1','2','3','4','5','6','7','8','9','10'];
var colors = ['red','orange','yellow','green','blue','indigo','violet'];
var first = letters[createRandomNumber(0, letters.length)];
var second = numbers[createRandomNumber(0, numbers.length)];
var third = colors[createRandomNumber(0, colors.length)];

alert("Today's show was brought to you by the letter: " + first + ", the number " + second + ", and the color " + third + "!");

/*
  If I could pass my own seed into the createRandomNumber(min, max, seed);
  function then I could reproduce a random output later if desired.
*/

OK、ここに私が解決した解決策があります。

最初に、「newseed（）」関数を使用してシード値を作成します。次に、シード値を「srandom（）」関数に渡します。最後に、「srandom（）」関数は0と1の間の疑似ランダム値を返します。

重要なビットは、シード値が配列内に格納されることです。単に整数または浮動小数点数の場合、整数、浮動小数点数、文字列などの値は配列の場合のようにポインタだけではなくスタックに直接格納されるため、関数が呼び出されるたびに値が上書きされます。他のオブジェクト。したがって、シードの値が永続的である可能性があります。

最後に、「srandom（）」関数を「Math」オブジェクトのメソッドとなるように定義することは可能ですが、それについてはユーザーが判断できるようにしておきます。;）

幸運を！

JavaScript：

// Global variables used for the seeded random functions, below.
var seedobja = 1103515245
var seedobjc = 12345
var seedobjm = 4294967295 //0x100000000

// Creates a new seed for seeded functions such as srandom().
function newseed(seednum)
{
    return [seednum]
}

// Works like Math.random(), except you provide your own seed as the first argument.
function srandom(seedobj)
{
    seedobj[0] = (seedobj[0] * seedobja + seedobjc) % seedobjm
    return seedobj[0] / (seedobjm - 1)
}

// Store some test values in variables.
var my_seed_value = newseed(230951)
var my_random_value_1 = srandom(my_seed_value)
var my_random_value_2 = srandom(my_seed_value)
var my_random_value_3 = srandom(my_seed_value)

// Print the values to console. Replace "WScript.Echo()" with "alert()" if inside a Web browser.
WScript.Echo(my_random_value_1)
WScript.Echo(my_random_value_2)
WScript.Echo(my_random_value_3)

Lua 4（私の個人的なターゲット環境）：

-- Global variables used for the seeded random functions, below.
seedobja = 1103515.245
seedobjc = 12345
seedobjm = 4294967.295 --0x100000000

-- Creates a new seed for seeded functions such as srandom().
function newseed(seednum)
    return {seednum}
end

-- Works like random(), except you provide your own seed as the first argument.
function srandom(seedobj)
    seedobj[1] = mod(seedobj[1] * seedobja + seedobjc, seedobjm)
    return seedobj[1] / (seedobjm - 1)
end

-- Store some test values in variables.
my_seed_value = newseed(230951)
my_random_value_1 = srandom(my_seed_value)
my_random_value_2 = srandom(my_seed_value)
my_random_value_3 = srandom(my_seed_value)

-- Print the values to console.
print(my_random_value_1)
print(my_random_value_2)
print(my_random_value_3)