js如何生成随机数 随机数生成的5种常用方法详解

javascript生成随机数的核心方法是math.random()，但需根据需求进行扩展。生成指定范围整数用math.floor(math.random()(max-min+1))+min；生成浮点数则直接缩放偏移；正态分布可用box-muller变换；安全场景应使用web crypto api；从数组选元素则用math.floor(math.random()array.length)索引；提升质量可引入外部熵源或复杂算法，避免用时间戳作为种子。

生成随机数在 JavaScript 中其实挺简单的，但要生成高质量、符合特定需求的随机数，就没那么随意了。核心在于 Math.random() 这个方法，但怎么用好它，才是关键。

解决方案

JavaScript 生成随机数的基础是 Math.random()，它会返回一个 0 到 1 之间的伪随机数（包含 0，不包含 1）。 基于此，我们可以进行各种扩展，满足不同的随机数需求。

1. 生成指定范围内的整数随机数:

   

   这是最常见的需求。假设我们要生成 min 到 max 之间的整数随机数（包含 min 和 max），可以这样写：

   function getRandomInt(min, max) {
   min = Math.ceil(min);
   max = Math.floor(max);
   return Math.floor(Math.random() * (max - min + 1)) + min; //The maximum is inclusive and the minimum is inclusive
   }
   // 示例：生成 1 到 10 之间的随机整数
   let randomNumber = getRandomInt(1, 10);
   console.log(randomNumber);

   这里用到了 Math.floor() 向下取整，确保结果是整数。 Math.ceil() 和 Math.floor() 的作用是处理传入的 min 和 max 不是整数的情况，保证计算的准确性。

2. 生成 0 到 1 之间的随机浮点数 (不包含 1):

   这个就是 Math.random() 本身的功能。 如果需要其他范围的浮点数，可以进行简单的缩放和偏移。

   function getRandomFloat(min, max) {
   return Math.random() * (max - min) + min;
   }
   // 示例：生成 5 到 10 之间的随机浮点数
   let randomFloat = getRandomFloat(5, 10);
   console.log(randomFloat);

3. 生成正态分布的随机数:

   有时候，我们需要的随机数不是均匀分布的，而是符合正态分布（也叫高斯分布）。 这在模拟一些自然现象时很有用。 一个简单的实现是使用 Box-Muller 变换：

   function getRandomNormal(mean, stdDev) {
   let u = 0, v = 0;
   while(u === 0) u = Math.random(); //Converting [0,1) to (0,1)
   while(v === 0) v = Math.random();
   let num = Math.sqrt( -2.0 * Math.log( u ) ) * Math.cos( 2.0 * Math.PI * v );
   num = num * stdDev + mean;
   return num;
   }
   // 示例：生成均值为 0，标准差为 1 的正态分布随机数
   let normalRandom = getRandomNormal(0, 1);
   console.log(normalRandom);

   这个方法可能看起来有点神秘，但它确实能生成近似正态分布的随机数。mean 是均值，stdDev 是标准差。

4. 使用 Web Crypto API 生成更安全的随机数:

   Math.random() 生成的是伪随机数，安全性不高。 如果需要生成密码、token 等安全性要求高的随机数，应该使用 Web Crypto API。

   function getRandomSecure(length) {
   const array = new Uint32Array(length);
   window.crypto.getRandomValues(array);
   return Array.from(array).map((num) => num.toString(16)).join('');
   }
   // 示例：生成 16 位的安全随机数
   let secureRandom = getRandomSecure(16);
   console.log(secureRandom);

   这段代码使用了 window.crypto.getRandomValues() 方法，它利用硬件提供的真随机数生成器，安全性更高。

5. 从数组中随机选择元素:

   有时候，我们需要从一个数组中随机选择一个元素。 这也很简单：

   function getRandomFromArray(array) {
   return array[Math.floor(Math.random() * array.length)];
   }
   // 示例：从数组中随机选择一个颜色
   let colors = ['red', 'green', 'blue'];
   let randomColor = getRandomFromArray(colors);
   console.log(randomColor);

如何提高 JavaScript 随机数的质量？

Math.random() 本身是伪随机数生成器，它的质量取决于算法和种子。 虽然在大多数情况下够用，但在一些特殊场景下，可能需要提高随机数的质量。

• 使用更复杂的随机数生成算法： 可以考虑使用 Mersenne Twister 等更高级的算法。 网上有很多 JavaScript 实现。
• 使用外部熵源： 可以从外部获取一些随机性来源，比如用户的鼠标移动、键盘输入等，来增加随机数的不可预测性。 但这实现起来比较复杂。
• 定期重新播种： 可以定期使用当前时间或其他一些随机因素来重新设置随机数生成器的种子。

为什么不应该使用 new Date().getTime() 作为随机数种子？

很多人喜欢用 new Date().getTime() 作为随机数种子，因为它看起来是随机的。 但实际上，这种方法存在一些问题：

• 时间戳的精度有限： 在短时间内多次调用 new Date().getTime()，可能会得到相同的值，导致生成的随机数序列相同。
• 可预测性： 时间戳是递增的，如果攻击者知道生成随机数的时刻，就可以预测出后续的随机数序列。

因此，new Date().getTime() 不适合作为安全性要求高的随机数种子。

JavaScript 随机数在游戏开发中的应用？

在游戏开发中，随机数扮演着非常重要的角色。 比如：

• 生成随机地图： 使用随机数来决定地图的地形、障碍物、敌人位置等。
• 模拟随机事件： 比如角色攻击时的暴击概率、物品掉落概率等。
• AI 行为： 让 AI 做出一些随机决策，增加游戏的挑战性和趣味性。

在游戏开发中，需要根据具体需求选择合适的随机数生成方法，并注意随机数的质量和性能。