計(jì)算機(jī)中的隨機(jī)函數(shù)-計(jì)算機(jī)論文發(fā)表

摘要：隨機(jī)函數(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)數(shù)學(xué)函數(shù)中較難理解和使用的一個(gè)，本文根據(jù)教學(xué)實(shí)踐談?wù)剬?duì)隨機(jī)函數(shù)及其應(yīng)用的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

一、隨機(jī)數(shù)與隨機(jī)函數(shù)的概念

所謂隨機(jī)數(shù)（Random）是指事先不能確定的數(shù)，只有當(dāng)相應(yīng)的事件發(fā)生后其值才能確定。自然界和社會(huì)生活中存在著大量的隨機(jī)現(xiàn)象和隨機(jī)事件。臂如，拋5分錢(qián)硬幣，我們事先不能確定結(jié)果是正面朝上還是反面朝上，只有當(dāng)錢(qián)幣被拋下后，我們才知道是正面朝上還是反朝上。

既然事先不能確定隨機(jī)數(shù)的值，那么這樣說(shuō)來(lái)，隨機(jī)數(shù)是不是就不可捉摸了呢？答案是否定的。經(jīng)過(guò)大量觀察和科學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)數(shù)是有規(guī)律可循的，它遵循兩條規(guī)律：①有一定的取值范圍。拋硬幣的結(jié)果無(wú)非是正面或反面朝上，不會(huì)出現(xiàn)在這之外的結(jié)果，也就是取值范圍是{X|X=“正面” OR  X=“反面”}。②當(dāng)大量發(fā)生時(shí)隨機(jī)數(shù)的分布是均勻的。當(dāng)我們拋硬幣的次數(shù)較少時(shí)，統(tǒng)計(jì)出的出現(xiàn)“正面”和“反面“的次數(shù)會(huì)相差較大，但當(dāng)拋下的次數(shù)較大（如拋下10000次）時(shí)，統(tǒng)計(jì)出的出現(xiàn)“正面”和“反面“的次數(shù)會(huì)相差較小，我們可以組織學(xué)生進(jìn)行這樣的有趣試驗(yàn)。有試驗(yàn)表明當(dāng)拋下10000次時(shí)，“正面”和“反面”各出現(xiàn)4978次和5022次，與均勻數(shù)字10000/2（5000）相差22，占0.44%（22/5000）,從圖1直觀地看代表“正面”和“反面”的兩根數(shù)據(jù)條一樣高，達(dá)到了“均勻”。

計(jì)算機(jī)中，采用模擬的方法運(yùn)用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。不同的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)方式、函數(shù)名有所不同，但都遵循隨機(jī)數(shù)的上述兩條規(guī)律。

例如，在EXCEL中，隨機(jī)函數(shù)RAND（）產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)滿(mǎn)足：①0≤RAND()＜1 即取值范圍為[0,1）。 ②當(dāng)大量調(diào)用時(shí)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)均勻分布。

參照?qǐng)D2。圖2中的數(shù)據(jù)來(lái)源于表1。當(dāng)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)是4行、11列共44個(gè)（4*11）時(shí)，從相應(yīng)的圖表可直觀地看出數(shù)據(jù)的分布不均勻。

當(dāng)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)擴(kuò)展到73行、11列共803個(gè)（73*11）時(shí)，從相應(yīng)的圖3可直觀地看出數(shù)據(jù)呈均勻分布狀態(tài)。可以預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)俞多，其分布俞均勻。

掌握了隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)函數(shù)的規(guī)律，我們就可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決許多實(shí)際問(wèn)題，如隨機(jī)抽取試題、考試選題單的制作、隨機(jī)搖號(hào)、數(shù)學(xué)測(cè)試題、游戲中的隨機(jī)事件等等。

二、隨機(jī)函數(shù)的應(yīng)用

示例  創(chuàng)建一個(gè)命名為MR.XLS的EXCEL文檔，在其中創(chuàng)建一個(gè)名為MR的宏，快捷鍵為CTRL+SHIFT+R，功能為產(chǎn)生一個(gè)三位整數(shù)。

分析：?jiǎn)栴}的實(shí)質(zhì)就是要構(gòu)造一個(gè)數(shù)學(xué)式子，產(chǎn)生整數(shù)區(qū)間[100，1000）。EXCEL提供了隨機(jī)函數(shù)RAND（）。因?yàn)?≤RAND（）＜1，所以左中右三邊同乘（1000-100），得到：0*（1000-100）≤（1000-100）* RAND（）＜1*（1000-100），即0≤（1000-100）* RAND（）＜1000-100。從而，不等式左中右三邊同時(shí)加100，得到：100≤100+（1000-100）* RAND（）＜1000。所以INT（100+（1000-100）* RAND（））即達(dá)到問(wèn)題的要求。

操作步驟（采用EXCEL2003）：

第一步：打開(kāi)EXCEL，新建工作薄，保存為MR.XLS。

第二步：選擇“工具”菜單，從彈出的菜單中選中“宏”，再?gòu)闹羞x擇下一級(jí)菜單“錄制新宏”，進(jìn)入“錄制新宏”會(huì)話(huà)框。

第三步：在“錄制新宏”會(huì)話(huà)框中設(shè)置各參數(shù)：宏名為“MR”，快捷鍵為CTRL+SHIFT+R，保存在為“當(dāng)前工作薄”，選擇“確定”，進(jìn)入宏錄制現(xiàn)場(chǎng)。

第四步：在當(dāng)前單元格中輸入“= INT（100+（1000-100）* RAND（））”。

第五步：選擇宏錄制工具條上“停止”按鈕。整個(gè)錄制工作結(jié)束。

高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中隨機(jī)數(shù)函數(shù)的使用關(guān)鍵常涉及到區(qū)間構(gòu)造問(wèn)題。一般地，區(qū)間[a，b)可以通過(guò)如下式子得到：a+（b-a）* RAND（）。其中， a是區(qū)間的起點(diǎn)，b是區(qū)間的終點(diǎn)，b-a 是區(qū)間的長(zhǎng)度。要得到整數(shù)區(qū)間[a，b)，用以下式子可得：INT（a+（b-a）* RAND（））。具體例子不再贅述。