随机数序列的产生方法

概率论与数理统计小报告随机序列的产生方法随机数由具有已知分布的总体中抽取简单子样，在蒙特卡罗方法中占有非常重要的地位。

总体和子样的关系，属于一般和个别的关系，或者说属于共性和个性的关系。

由具有已知分布的总体中产生简单子样，就是由简单子样中若干个性近似地反映总体的共性。

随机数是实现由已知分布抽样的基本量，在由已知分布的抽样过程中，将随机数作为已知量，用适当的数学方法可以由它产生具有任意已知分布的简单子样。

1.随机数的定义及产生方法1).随机数的定义及性质在连续型随机变量的分布中，最简单而且最基本的分布是单位均匀分布。

由该分布抽取的简单子样称，随机数序列，其中每一个体称为随机数。

单位均匀分布也称为［0，1］上的均匀分布，其分布密度函数为：分布函数为 ：由于随机数在蒙特卡罗方法中占有极其重要的位置，我们用专门的符号ξ表示。

由随机数序列的定义可知，ξ1，ξ2，…是相互独立且具有相同单位均匀分布的随机数序列。

也就是说，独立性、均匀性是随机数必备的两个特点。

随机数具有非常重要的性质：对于任意自然数s ，由s 个随机数组成的s 维空间上的点（ξn+1，ξn+2，…ξn+s ）在s 维空间的单位立方体Gs 上均匀分布，即对任意的ai ， 如下等式成立： 其中P (·)表示事件·发生的概率。

反之，如果随机变量序列ξ1, ξ2…对于任意自然数s ，由s 个元素所组成的s 维空间上的点（ξn+1，…ξn+s ）在Gs 上均匀分布，则它们是随机数序列。

由于随机数在蒙特卡罗方法中所处的特殊地位，它们虽然也属于由具有已知分布的总体中产生简单子样的问题，但就产生方法而言，却有着本质上的差别。

2).随机数表为了产生随机数，可以使用随机数表。

随机数表是由0，1，…，9十个数字组成，每个数字以0.1的等概率出现，数字之间相互独立。

这些数字序列叫作随机数字序列。

如果要得到n 位有效数字的随机数，只需将表中每n 个相邻的随机数字合并在一起，且在最高位的前边加上小数点即可。

实验一 随机序列的产生及数字特征估计实验目的1. 学习和掌握随机数的产生方法。

2. 实现随机序列的数字特征估计。

实验原理1.随机数的产生随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。

进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。

在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。

伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。

伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。

(0,1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。

(0,1)均匀分布指的是在[0,1]区间上的均匀分布，即U(0,1)。

实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0,1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下：Ny x N ky y y nn n n ===-) (mod ,110 （1.1）序列{}n x 为产生的(0,1)均匀分布随机数。

下面给出了（1.1）式的3组常用参数：① 1010=N ，7=k ，周期7105⨯≈；②（IBM 随机数发生器）312=N ，3216+=k ，周期8105⨯≈； ③（ran0）1231-=N ，57=k ，周期9102⨯≈；由均匀分布随机数，可以利用反函数构造出任意分布的随机数。

定理1.1 若随机变量X 具有连续分布函数)(x F X ，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有)(1R F X X -= （1.2）由这一定理可知，分布函数为)(x F X 的随机数可以由(0,1)均匀分布随机数按（1.2）式进行变换得到。

2.MATLAB 中产生随机序列的函数 （1）(0,1)均匀分布的随机序列函数：rand用法：x = rand(m,n)功能：产生m ×n 的均匀分布随机数矩阵。

（2）正态分布的随机序列 函数：randn用法：x = randn(m,n)功能：产生m ×n 的标准正态分布随机数矩阵。

随机数生成公式随机数生成公式是一种计算机程序中常用的技术，可以生成随机的数字，用于模拟和实验等场景中。

本文将介绍几种常见的随机数生成公式及其应用场景。

一、线性同余法（Linear Congruential Method）线性同余法是一种简单而又高效的随机数生成方法，其公式为：Xn+1 = (aXn + c) mod m其中Xn为当前随机数，a、c、m为常数，mod为模运算符。

该公式的原理是通过不断迭代计算，每次得到一个新的随机数。

该方法的优点是计算速度快，缺点是会产生周期性重复的随机数序列。

该方法常用于模拟和实验场景中。

二、梅森旋转算法（Mersenne Twister）梅森旋转算法是一种广泛应用的随机数生成方法，其公式为：Xn+1 = Xn⊕(Xn >> u)其中Xn为当前随机数，⊕为异或运算符，>>为右移运算符，u为常数。

该公式的原理是通过对当前随机数进行位运算，得到一个新的随机数。

该方法的优点是生成的随机数序列较为均匀，缺点是计算速度较慢。

该方法常用于加密和安全场景中。

三、高斯分布随机数生成公式（Gaussian Distribution）高斯分布随机数生成公式是一种生成符合正态分布（高斯分布）的随机数的方法，其公式为：X = μ + σ * Z其中μ为均值，σ为标准差，Z为符合标准正态分布的随机数。

该公式的原理是通过对标准正态分布进行线性变换，得到符合正态分布的随机数。

该方法的优点是生成的随机数符合实际分布规律，缺点是计算量较大。

该方法常用于金融和统计场景中。

四、指数分布随机数生成公式（Exponential Distribution）指数分布随机数生成公式是一种生成符合指数分布的随机数的方法，其公式为：X = -ln(U) / λ其中U为符合均匀分布的随机数，ln为自然对数函数，λ为指数分布的参数。

该公式的原理是通过对均匀分布进行变换，得到符合指数分布的随机数。

随机数讲解随机数是指一个数列，其中的每个数是按照一定的规则排列的，看起来像是没有规律可循的。

在计算机科学中，随机数是非常重要的概念，它被应用于众多领域，例如密码学、模拟实验、数据分析等。

本文将从随机数的定义、分类、特性、产生方法、应用等方面进行讲解，以帮助读者更好地理解和应用随机数。

首先，让我们来了解什么是随机数。

随机数（Random Number）通常是指在一定范围内等可能地取得各个数值的数列。

按照这个定义，随机数具有以下特性：1.不可预测性：随机数的出现是随机的，没有规律可循，无法事先预测；2.均匀性：理想情况下，随机数应该是均匀分布的，即每个数值出现的概率相等；3.独立性：随机数之间应相互独立，前一个数的出现不应对后一个数的出现产生影响。

根据生成方法的不同，随机数可以分为伪随机数和真随机数。

伪随机数是通过算法和初始种子生成的，虽然看起来像是随机的，但实质上是重复周期性的。

真随机数则是通过物理过程产生的，例如大气噪声、放射性衰变等不可预测的事件。

本文将主要介绍伪随机数。

伪随机数的生成方法有很多种，常见的有线性同余法、离散均匀分布法和高斯分布法等。

其中，线性同余法是最常用的一种方法。

它的基本原理是通过迭代计算，在一定范围内产生一系列看起来随机的数值。

具体的计算公式为：X(n+1) = (a * X(n) + b) mod m其中，X(n)是当前随机数，X(n+1)是下一个随机数，a、b和m是常数。

通过调整这些参数的值，可以得到不同范围和分布的随机数。

随机数的应用非常广泛，下面是其中几个常见的应用领域：1.密码学：随机数在密码学中扮演着非常重要的角色，用于生成加密密钥、初始化向量等。

因为随机数具有不可预测性和均匀性，所以在密码学中可以保证密钥的安全性和难以破解性。

2.模拟实验：随机数在模拟实验中起到重要的作用，用于生成仿真数据、模拟实验的随机变量等。

通过引入随机数，可以使得模拟结果更加真实且具有统计学意义。

Excel高级函数RAND和RANDBETWEEN的随机数生成在Excel中，有很多强大的函数可以用来生成随机数。

其中，RAND函数和RANDBETWEEN函数是两个常用的函数。

本文将介绍Excel中RAND函数和RANDBETWEEN函数的详细用法，以及如何利用它们生成随机数。

一、RAND函数的用法RAND函数是Excel中用于生成0到1之间的随机数的函数。

使用方法如下：1. 在要生成随机数的单元格中输入"=RAND()"；2. 按下回车键，单元格将显示一个0到1之间的随机数。

示例：在A1单元格中输入"=RAND()"，按下回车键，A1单元格将显示一个0到1之间的随机数。

二、RANDBETWEEN函数的用法RANDBETWEEN函数是Excel中用于生成指定范围内整数的随机数的函数。

使用方法如下：1. 在要生成随机数的单元格中输入"=RANDBETWEEN(下界, 上界)"；2. 按下回车键，单元格将显示一个介于下界和上界之间的随机整数。

示例：在A1单元格中输入"=RANDBETWEEN(1, 100)"，按下回车键，A1单元格将显示一个介于1和100之间的随机整数。

三、利用RAND和RANDBETWEEN函数生成随机数序列除了单个随机数的生成，我们还可以利用RAND和RANDBETWEEN函数生成随机数序列。

具体方法如下：1. 在第一个单元格（例如A1单元格）中输入"=RAND()"或"=RANDBETWEEN(下界, 上界)"；2. 拖动填充手柄（位于单元格右下角）向下拖动，填充需要生成随机数的单元格。

示例：在A1单元格中输入"=RAND()"，拖动填充手柄向下拖动，可以生成一列随机数。

四、控制RAND和RANDBETWEEN函数的随机数范围有时候，我们希望生成的随机数范围不仅仅是0到1或者指定的整数范围。

各型分布随机数的产生算法随机序列主要用概率密度函数（PDF〃Probability Density Function）来描述。

一、均匀分布U(a,b)⎧1x∈[a,b]⎪ PDF为f(x)=⎨b−a⎪0〃其他⎩生成算法：x=a+(b−a)u〃式中u为[0,1]区间均匀分布的随机数(下同)。

二、指数分布e(β)x⎧1⎪exp(−x∈[0,∞)βPDF为f(x)=⎨β⎪0〃其他⎩生成算法：x=−βln(1−u)或x=−βln(u)。

由于(1−u)与u同为[0,1]均匀分布〃所以可用u 替换(1−u)。

下面凡涉及到(1−u)的地方均可用u替换。

三、瑞利分布R(µ)⎧xx2exp[−x≥0⎪回波振幅的PDF为f(x)=⎨µ2 2µ2⎪0〃其他⎩生成算法：x=−2µ2ln(1−u)。

四、韦布尔分布Weibull(α,β)xα⎧−αα−1⎪αβxexp[−(]x∈(0,∞)βPDF为f(x)=⎨⎪0〃其他⎩生成算法：x=β[−ln(1−u)]1/α五、高斯（正态）分布N(µ,σ2)⎧1(x−µ)2exp[−]x∈ℜ2PDF为f(x)=⎨2πσ 2σ⎪0〃其他⎩生成算法：1〄y=−2lnu1sin(2πu2)生成标准正态分布N(0,1)〃式中u1和u2是相互独立的[0,1]区间均匀分布的随机序列。

2〄x=µ+σy产生N(µ,σ2)分布随机序列。

六、对数正态分布Ln(µ,σ2)⎧1(lnx−µ)2exp[−x>0PDF为f(x)=⎨2πσx 2σ2⎪0〃其他⎩生成算法：1〄产生高斯随机序列y=N(µ,σ2)。

2〄由于y=g(x)=lnx〃所以x=g−1(y)=exp(y)。

七、斯威林（Swerling）分布7.1 SwerlingⅠ、Ⅱ型7.1.1 截面积起伏σ⎧1−exp[σ≥0⎪σ0截面积的PDF为f(σ)=⎨σ0〃【指数分布e(σ0)】⎪0〃其他⎩生成算法：σ=−σ0ln(1−u)。

一维均匀分布随机数序列的产生方法【摘要】利用混沌的随机数产生算法和线性同余发生器以及MATLAB产生一维均匀分布随机数序列.经过检验,随机数列的统计性质有了很大提高，【关键词】混沌；线性同余发生器；MATLAB；随机数1 引言随机数在信息加密、数值运算及医学中基因序列分析等研究中有着广泛的应用。

比如数值运算中,Monte Carlo方法占有重要的地位,随机数是该方法的基础.随机数的质量影响了信息的安全和计算结果的精度。

特别是一些安全级别比较高的应用,对随机数提出了很高的要求。

随机数可由硬件和软件两种方式产生。

在计算机中广泛使用的是软件方式,通过计算机利用数学模拟随机过程产生随机数。

此方法有着自身的不足,数据之间有着关联性,存在周期,并非真正的随机数,因此被成为伪随机数。

生成随机数的方法繁多，从产生机理来说，可分为数学方法和物理方法两种，其所产生的随机数分别被称之为伪随机数和真随机数，前者易被破解，后者取自物理世界的真实随机源，难以破解，但这并不代表基于真随机源产生的随机数质量就很高，要取决于产生算法如何利用这个真随机源，相反的，许多用数学方法产生的随机数质量比较好。

因此，若能将数学方法和物理方法结合起来，则可能产生高质量的真随机数。

常见的产生随机数的方法有【1】线性同余法（LCG,Linear Congruent Generators）、Tarsworthe位移计数器法、Fibonacci延迟产生器法等。

为了克服以上方法的缺陷,人们还发展了许多新的方法。

组合发生器就是著名的一种。

它是将两个随机数发生器进行组合,以一种发生器产生一个随机数列,再用另一个随机数发生器对随机数列进行重修排列,得到一个更为独立,周期更长的随机数列。

已有一些利用混沌序列转换伪随机数列的报道【2】,文献【3】虽然提出了一种由logistic映射构造具有均匀性数列的好方法,但数据之间的独立性较差。

本研究中提出了一种新的方法,利用混沌算法【4】和线性同余发生器相组合得到随机数列,并就数据的均匀性和独立性进行了检验。

一维均匀分布随机数序列的产生方法引言：随机数序列主要应用于序列密码（流密码）。

序列密码的强度完全依赖于序列的随机性与不可预测性。

随机数在密码学中也是非常重要的，主要应用于数字签名（如美国数字签名标准中的数字签名算法）、消息认证码（如初始向量）、加密算法（如密钥）、零知识证明、身份认证（如一次性nonce）和众多的密码学协议。

关键词：随机数、随机数序列、均匀分布一、随机数及随机数序列的简介在统计学的不同技术中需要使用随机数，比如在从统计总体中抽取有代表性的样本的时候，或者在将实验动物分配到不同的试验组的过程中，或者在进行蒙特卡罗模拟法计算的时候等等。

产生随机数有多种不同的方法。

这些方法被称为随机数发生器。

随机数最重要的特性是：它所产生的后面的那个数与前面的那个数毫无关系。

随机数序列分为真随机数序列与伪随机数序列，随机数分为真随机数和伪随机数。

真随机数序列从真实世界的自然随机性源产生，办法是找出似乎是随机的事件然后从中提取随机性，如自然界中的抛币。

在计算机中噪音可以选取真实世界的自然随机性，如从计算机时钟寄存器中取得本机的当前系统时间到秒（或微秒）级的数值，测量两次击键的时间间隔，相邻两次鼠标移动的时间间隔以及由计算机硬件报告的鼠标实际位置等。

伪随机数序列用确定的算法产生，不是真正的随机数序列。

伪随机数序列发生器指使用短的真随机数序列（称为种子）x扩展成较长的伪随机数序列y。

在密码学中伪随机数序列的使用大大减少了真随机数序列的使用，但不能完全取代真随机数序列的使用（如种子）。

通常，我们需要的随机数序列应具有非退化性、周期长、相关系数小等优点。

二、一维均匀分布的简介设连续型随机变量X 的分布函数为 F(x)=(x-a)/(b-a)，a ≤x≤b，则称随机变量X 服从[a,b]上的均匀分布，记为X ～U[a ，b]。

若[x1,x2]是[a,b]的任一子区间,则 P{x1≤x≤x2}=(x2-x1)/(b-a)，这表明X 落在[a,b]的子区间内的概率只与子区间长度有关，而与子区间位置无关，因此X 落在[a,b]的长度相等的子区间内的可能性是相等的，所谓的均匀指的就是这种等可能性。