Question

在C＃中生成随机浮点数的最佳方法是什么？

更新：我想从float.Minvalue到float.Maxvalue的随机浮点数。我在一些数学方法的单元测试中使用这些数字。

Answer 1

最佳方法，没有疯狂的价值，distributed with respect to the representable intervals on the floating-point number line（删除“统一”，就连续数字线而言，显然是非均匀的）：

static float NextFloat(Random random)
{
    double mantissa = (random.NextDouble() * 2.0) - 1.0;
    // choose -149 instead of -126 to also generate subnormal floats (*)
    double exponent = Math.Pow(2.0, random.Next(-126, 128));
    return (float)(mantissa * exponent);
}

（*）...检查here是否有正常浮动

警告：也会产生正无穷大！选择127的指数是安全的。

另一种方法可以为您提供一些疯狂的值（位模式的均匀分布），可能对模糊测试有用：

static float NextFloat(Random random)
{
    var buffer = new byte[4];
    random.NextBytes(buffer);
    return BitConverter.ToSingle(buffer,0);
}

对此版本的改进是这个，它不会创建“疯狂”值（既不是无穷大也不是NaN）并且仍然很快（也相对于浮点数行上的可表示区间分布）：< / p>

public static float Generate(Random prng)
{
    var sign = prng.Next(2);
    var exponent = prng.Next((1 << 8) - 1); // do not generate 0xFF (infinities and NaN)
    var mantissa = prng.Next(1 << 23);

    var bits = (sign << 31) + (exponent << 23) + mantissa;
    return IntBitsToFloat(bits);
}

private static float IntBitsToFloat(int bits)
{
    unsafe
    {
        return *(float*) &bits;
    }
}

最不实用的方法：

static float NextFloat(Random random)
{
    // Not a uniform distribution w.r.t. the binary floating-point number line
    // which makes sense given that NextDouble is uniform from 0.0 to 1.0.
    // Uniform w.r.t. a continuous number line.
    //
    // The range produced by this method is 6.8e38.
    //
    // Therefore if NextDouble produces values in the range of 0.0 to 0.1
    // 10% of the time, we will only produce numbers less than 1e38 about
    // 10% of the time, which does not make sense.
    var result = (random.NextDouble()
                  * (Single.MaxValue - (double)Single.MinValue))
                  + Single.MinValue;
    return (float)result;
}

浮点数行来自：Intel Architecture Software Developer's Manual Volume 1: Basic Architecture. Y轴是对数（基数为2），因为连续的二进制浮点数不会线性差异。

Comparison of distributions, logarithmic Y-axis

Answer 2

有什么理由不使用Random.NextDouble然后转发给float？这将给你一个0到1之间的浮动。

如果您想要一种不同形式的“最佳”，您需要指定您的要求。请注意，Random不应用于财务或安全等敏感问题 - 您通常应该在整个应用程序中重用现有实例，或者每个线程重用一个（因为Random不是线程安全的）。

编辑：根据评论中的建议，将其转换为float.MinValue，float.MaxValue的范围：

// Perform arithmetic in double type to avoid overflowing
double range = (double) float.MaxValue - (double) float.MinValue;
double sample = rng.NextDouble();
double scaled = (sample * range) + float.MinValue;
float f = (float) scaled;

编辑：现在你已经提到这是用于单元测试，我不确定它是一种理想的方法。您应该使用具体值进行测试 - 确保使用每个相关类别中的样本进行测试 - 无穷大，NaN，非正规数，非常大的数，零等。

Answer 3

还有一个版本......（我认为这个版本非常好）

static float NextFloat(Random random)
{
    (float)(float.MaxValue * 2.0 * (rand.NextDouble()-0.5));
}

//inline version
float myVal = (float)(float.MaxValue * 2.0 * (rand.NextDouble()-0.5));

我想这......

是第二快的（见基准）
均匀分布

还有一个版本......（不是很好，但无论如何发布）

static float NextFloat(Random random)
{
    return float.MaxValue * ((rand.Next() / 1073741824.0f) - 1.0f);
}

//inline version
float myVal = (float.MaxValue * ((rand.Next() / 1073741824.0f) - 1.0f));

我想这......

是最快的（见基准）
是均匀分布的，但是因为Next（）是31位随机值，它只返回2 ^ 31个值。（50％的邻居值将具有相同的值）

测试此页面上的大多数功能：（i7，发布，无需调试，2 ^ 28个循环）

 Sunsetquest1: min: 3.402823E+38  max: -3.402823E+38 time: 3096ms
 SimonMourier: min: 3.402823E+38  max: -3.402819E+38 time: 14473ms
 AnthonyPegram:min: 3.402823E+38  max: -3.402823E+38 time: 3191ms
 JonSkeet:     min: 3.402823E+38  max: -3.402823E+38 time: 3186ms
 Sixlettervar: min: 1.701405E+38  max: -1.701410E+38 time: 19653ms
 Sunsetquest2: min: 3.402823E+38  max: -3.402823E+38 time: 2930ms

Answer 4

我采取了与其他人略有不同的方法

static float NextFloat(Random random)
{
    double val = random.NextDouble(); // range 0.0 to 1.0
    val -= 0.5; // expected range now -0.5 to +0.5
    val *= 2; // expected range now -1.0 to +1.0
    return float.MaxValue * (float)val;
}

评论解释了我在做什么。获取下一个double，将该数字转换为介于-1和1之间的值，然后将其与float.MaxValue相乘。

Answer 5

另一种解决方案是：

static float NextFloat(Random random)
{
    float f;
    do
    {
        byte[] bytes = new byte[4];
        random.NextBytes(bytes);
        f = BitConverter.ToSingle(bytes, 0);
    }
    while (float.IsInfinity(f) || float.IsNaN(f));
    return f;
}

Answer 6

这是我提出的另一种方式：让我们假设您希望获得一个介于5.5和7之间的浮点数，其中包含3位小数。

 +++ Section()
                <<< ButtonRow() {
                    $0.title = "Tap to force form validation"
                }
                .onCellSelection { cell, row in

                   //Do something here once the row has been tapped
                }

通过这种方式，您将获得比5.5更大的数字和小于7的数字。

Answer 7

我更喜欢使用以下代码生成一个小数，最多可达第一个小数点。您可以复制粘贴第3行，在小数点后添加更多数字，方法是将该数字附加在字符串＆＃34;合并＆＃34;中。您可以通过将0和9更改为首选值来设置最小值和最大值。

Random r = new Random();
string beforePoint = r.Next(0, 9).ToString();//number before decimal point
string afterPoint = r.Next(0,9).ToString();//1st decimal point
//string secondDP = r.Next(0, 9).ToString();//2nd decimal point
string combined = beforePoint+"."+afterPoint;
decimalNumber= float.Parse(combined);
Console.WriteLine(decimalNumber);

我希望它对你有帮助。

在C＃中生成随机浮点数的最佳方法

7 个答案: