golang不重复的随机数

随机数是计算机科学中的一个重要概念，它在很多领域都得到了广泛的应用，比如密码学、模拟、游戏等等。而在编程语言中，Golang 提供了一种简单且高效的方式来生成不重复的随机数。本文将介绍如何使用 Golang 生成不重复的随机数，并探索其背后的原理。

生成随机数的需求

对于许多应用程序和算法来说，生成不重复的随机数是至关重要的。不重复的随机数指的是在一定范围内，每次生成的随机数都不相同。例如，如果我们有一个抽奖系统，每次需要从一组候选人中随机选择一个，那么我们就需要确保每次选出的候选人都不一样。

使用 Golang 生成不重复的随机数

Golang 的 math/rand 包提供了生成伪随机数的函数，我们可以利用其特性生成不重复的随机数。首先，我们需要设置一个种子值，以确保每次生成的随机数序列都是不同的。然后，可以调用 rand.Intn(n) 方法来生成 [0, n) 范围内的随机数。

下面是一个简单的例子：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)

func main() {
	rand.Seed(time.Now().UnixNano()) // 设置随机数种子为当前时间的纳秒级表示
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(rand.Intn(100)) // 生成 [0, 100) 范围内的随机数
	}
}

运行以上代码，你将得到一组不重复的随机数。

实现原理

在 Golang 中，rand 包的随机数生成算法使用了一个伪随机数发生器（PRNG），它基于线性同余发生器（LCG）算法。LCG 算法通过一个线性方程递推地生成随机数序列。其中最重要的两个参数是乘数和模数。乘数控制了序列的变化程度，而模数决定了序列的周期长度。

Golang 的 rand 包使用了 31 位的整数作为随机数序列的类型，并且采用了 1103515245 和 12345 分别作为乘数和增量。具体实现如下：

type Rand struct {
	...
	seed uint32 // 随机数种子
}

func (r *Rand) Intn(n int) int {
	if n <= 0 {
		panic("invalid argument to Intn")
	}
	if n < r.max {
		return int(r.Int31n(int32(n)))
	}
	max := int64(1) << 31 // 31 位整数的最大值
	v := randExp(r, max-1)
	for v >= max-(max % uint64(n)) {
		v = randExp(r, max-1)
	}
	return int(v % uint64(n))
}

func randExp(r *Rand, n int64) int64 {
	v := r.seed
	res := v
	for i := int64(31); i >= 31-n; i-- {
		v = (v*1103515245 + 12345) & 0x7fffffff // LCG 算法
		res ^= v >> uint(i)
	}
	r.seed = v
	return res
}

上述代码中的 randExp 函数是生成随机数序列的核心，它通过对当前 seed 值进行一系列的操作来生成新的随机数。其中使用的乘法运算和模数运算确保了生成的随机数在一个固定范围内。

总结

Golang 提供了简单且高效的方式来生成不重复的随机数。通过合理设置随机数种子以及使用适当的算法，我们可以生成满足需求的随机数序列。不过需要注意的是，Golang 中的随机数是伪随机数，因此不适合用于安全密钥或密码等场景。对于这类需求，我们应该使用 crypto/rand 包提供的真随机数。