Haskell中的隨機數

Question

我想在Haskell中獲得一個隨機數。 （我目前正在學習，還沒有上Monads或IO等）問題是System.Random中的函數都返回一個IO Int，然後我不能在我的代碼的其餘部分使用它Int和Float。

這裏的目標是從列表中選擇一對，其中第一對是表示概率的浮點數。所以我的計劃是使用一個隨機數來根據它的概率來選擇一對。

Answer 1

如果你想要真正的隨機性，你不會使用IO--聽起來像是一個拖拽，但是這種分離是Haskell的一個非常重要的方面。但是，您可以通過自己選擇「種子」並使用System.Random中返回一對結果和新種子（例如「random」）的純函數來獲得半僞隨機性。

Answer 2

這是新Haskell程序員的共同障礙。你想要逃脫IO，並且需要一段時間才能找出最佳的方式。學習你的Haskell教程對使用狀態monad生成隨機數字的一種方法有很好的解釋，但是它仍然必須使用getStdGen或newStdGen來進行播種，它們在IO中。

對於簡單的情況下，你可以做類似

myPureFunction :: Float -> Float 
myPureFunction x = 2 * x 

main :: IO() 
main = do 
    -- num :: Float 
    num <- randomIO :: IO Float 
    -- This "extracts" the float from IO Float and binds it to the name num 
    print $ myPureFunction num 

所以你看，你可以在你的main隨機數，則該值傳遞給一個純函數，它的處理。

您可能會問自己爲什麼這些工作都是爲了在Haskell中生成隨機數。有許多很好的理由，其中大部分與類型系統有關。由於生成隨機數字需要修改操作系統中StdGen的狀態，因此它必須存在於IO之內，否則您可能擁有一個純函數，每次都會給您不同的結果。

想象一下這樣的情景做作：

myConstant :: Int 
myConstant = unsafePerformIO randomIO 

blowUpTheWorld :: IO() 
blowUpTheWorld = error "Firing all the nukes" 

main :: IO() 
main = do 
    if even myConstant 
     then print "myConstant is even" 
     else blowUpTheWorld 

如果你跑了幾次，有機會，你會落得「發射所有的核武器」。顯然，這很糟糕。 myConstant應該是恆定的，但每次運行該程序時都會得到不同的值。 Haskell希望保證在給定相同輸入的情況下，純函數總是會返回相同的值。

它現在可能很煩人，但它是功能程序員套件中的一個強大工具。

Answer 3

如前所述，隨機數不能是純粹的值。

但是，這並不真的需要打擾你。反過來看看它：其他語言根本就沒有純粹價值這樣的東西，它總是與你正在處理的現實世界的干擾狀態。 Haskell也可以在IO monad中做到這一點。你不需要知道它是如何工作的，只是模仿程序語言的樣子（儘管這裏有一些缺陷）。

首先你需要一些算法，這與語言沒有任何關係。顯而易見的方法是在整個列表中累積概率，並將得到的階梯函數用作從[0,1]到所需值的映射。

probsListLookup :: [(Double, a)] -> Double -> a 
probsListLookup pAssoc = look acc'dList 
where acc'dList = scanl1 (\(pa,_) (pn,x) -> (pa+pn,x)) pAssoc 
     look ((pa, x) : pas) rval 
     | rval < pa = look pas rval 
     | otherwise = x 

注意，這既不處理無效的輸入孔（未概率總和爲1等）也不是有效的，對於每個請求值擾ø（Ñ）通過acc'dList。更重要的是，請注意，這是一個純功能！儘可能地使用純函數通常是一個好主意，只有在絕對必要時纔會進入IO。像現在一樣：我們需要獲得0到1之間的單個Double值。簡單！

main = do 
    lookupVal <- randomRIO (0, 1) 
    print $ probsListLookup [(0.1, 1), (0.2, 2), (0.3, 4), (0.4, 5)] lookupVal 

---

至少沒有基本的類型等Int的;你可能實際上做整個概率分佈雖然「純粹計算」。明確這樣做非常麻煩，但Haskell允許您使用specific monad（或in fact comonads）使其與Haskell IO（或任何不純的語言）一樣容易，但沒有輸入/輸出的危險。

你可以改善例如，與Data.Map。

Answer 4

我不認爲這些答案是全貌。對於我的模擬，我會懶惰地生成隨機數並嚴格按照小型（我的macbook上的1.1M）空間佔用空間運行它們。

也許關於隨機數只能存在於IO monad中的說法指的是真正的隨機數，但對於僞隨機數來說並非如此，並且通常希望能夠重現結果。這裏有一個例子：

module Main (
    main 
) where 

import qualified Data.Vector.Unboxed as V 
import Data.Random.Source.PureMT 
import Data.Random 
import Control.Monad.State 

nItt :: Int 
nItt = 1000000000 

gridSize :: Int 
gridSize = 10 

testData :: Int -> V.Vector Double 
testData m = 
    V.fromList $ 
    evalState (replicateM m (sample (uniform (0 :: Double) 1.0))) 
    (pureMT 2) 

test = V.foldl (+) 0 (testData nItt) 

main = putStrLn $ show test 

Answer 5

這裏有很好的答案，但我覺得一個更完整的答案會表現的很乾脆如何獲得和Haskell中使用隨機數，在某種程度上將是有意義的勢在必行的程序員。

首先，你需要一個隨機種子：

import System.Random 
newRand = randomIO :: IO Int 

因爲newRand是IO Int型的，而不是Int，它不能被用作函數參數。 （這保留了Haskell函數作爲純函數，將始終在相同的輸入上返回相同的結果。）

但是，我們可以簡單地在GHCI中輸入newRand並每次獲得唯一的隨機種子。這可能只是因爲newRand的類型爲IO而不是標準（不可變）變量或函數。

*Main> newRand 
-958036805781772734 

然後，我們可以將此種子值複製並粘貼到一個函數中，爲我們創建一個隨機數列表。如果我們定義瞭如下功能：

randomList :: Int -> [Double] 
randomList seed = randoms (mkStdGen seed) :: [Double] 

而且在給定的種子粘貼時運行該功能在GHCI：

*Main> take 10 randomList (-958036805781772734) 
[0.3173710114340238,0.9038063995872138,0.26811089937893495,0.2091390866782773,0.6351036926797997,0.7343088946561198,0.7964520135357062,0.7536521528870826,0.4695927477527754,0.2940288797844678] 

通知我們如何熟悉的值從0到1（不包括）。我們不必每次迭代都會產生一個新的隨機數，而是像命令式語言一樣，我們會提前生成一個隨機數列表，並在每個連續遞歸中使用列表尾部的頭部。舉個例子：

pythagCheck :: [Double] -> [Double] -> [Int] 
pythagCheck (x:xs) (y:ys) 
    | (a^2) + (b^2) == (c^2) = [a, b, c] 
    | otherwise    = pythagCheck xs ys 
    where aplusb = ceiling (x * 666) 
     a = ceiling (y * (fromIntegral (aplusb - 1))) 
     b = aplusb - a 
     c = 1000 - a - b 

創建兩個列表的時間提前，並在餵養它們作爲參數允許我們搜索畢達哥拉斯三重其中a + B + C = 1000。你會的，當然（唯一！） ，想要爲每個列表使用不同的隨機種子：

*Main> newRand 
3869386208656114178 
*Main> newRand 
-5497233178519884041 
*Main> list1 = randomList 3869386208656114178 
*Main> list2 = randomList (-5497233178519884041) 
*Main> pythagCheck list1 list2 
[200,375,425]