專利名稱：一種隨機數(shù)生成方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域的測試技術(shù)，特別是涉及一種隨機數(shù)生成方法和裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)在的通信測試中，為了得到優(yōu)良的測試效果，盡可能的揭露測試對象中隱藏的錯誤，測試過程中需要使用盡可能多的測試用例。由于窮舉測試在實際中是不可能的，測試用例的分布情況直接影響測試中能夠發(fā)現(xiàn)的問題，也決定了最終的測試效果。為了獲得足夠多的測試用例，通信測試需要大量的輸入變量樣本。其中，數(shù)值型輸入變量樣本通常來自隨機數(shù)發(fā)生器。該隨機數(shù)發(fā)生器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的輸入樣本的取值范圍和精度要求，產(chǎn)生在該取值范圍內(nèi)的隨機數(shù)作為該輸入變量的樣本。
現(xiàn)有技術(shù)的平方取中法隨機數(shù)生成器，通過運算模塊將一個給定的n位的數(shù)進行平方，然后高位補0得到2n位數(shù)，再截取中間n位進行下次迭代，最后得到一個隨機數(shù)序列。此平方取中法隨機數(shù)生成器產(chǎn)生的隨機數(shù)周期短，容易出現(xiàn)隨機數(shù)為同一常數(shù)或者零退化現(xiàn)象，覆蓋范圍狹窄，均勻性和穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種隨機數(shù)生成方法和隨機數(shù)生成器，使隨機數(shù)具有優(yōu)良均勻性和穩(wěn)定性的。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種隨機數(shù)生成方法，其步驟包括步驟101、計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n ;其中，n為輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)，n為偶數(shù)；步驟102、將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n, m)=0, m ^ n ；步驟103、從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出；以及步驟104，當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子;當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時,在未被步驟103選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最低位m位數(shù)，得到新隨機種子。其中，所述隨機數(shù)的最大位數(shù)n，由隨機數(shù)的取值范圍和精度要求確定。其中，還包括將所述新隨機數(shù)On放縮至符合隨機數(shù)的取值范圍和精度要求后輸出。其中，從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合時,選擇正中間的n/m個進行組合。
其中，從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合時,選擇奇數(shù)項的n/m個進行組合。其中，所述的參數(shù)m使用事先預(yù)置的默認(rèn)值。其中，所述的參數(shù)m值根據(jù)所述的n值和2n位平方數(shù)K2n確定，具體過程包括根據(jù)所述n值確定m位數(shù)可能的個數(shù)i,記作1 , . . .11^,運算111111?！?(^2 ^+1得到參數(shù)1]1值。相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種隨機數(shù)生成裝置，包括運算器，用于計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n ;其中，n為輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)，n為偶數(shù)；分隔器，用于將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n,m) = 0，m 古 n ;
組合單元,用于從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出；以及隨機種子產(chǎn)生器，用于當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子；當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時，在未被步驟103選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最低位m位數(shù)，得到新隨機種子。其中,所述的組合單元包括放縮單元,所述的放縮單元用于將所述新隨機數(shù)On放縮至符合隨機數(shù)的取值范圍和精度要求后輸出。其中，還包括控制器，用于確定參數(shù)m值，具體確定過程包括根據(jù)所述n值確定m位數(shù)可能的個數(shù)i，記作Im1, . . . Ini,運算mm<xi(K2 ,i)+i。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過特有隨機種子產(chǎn)生器，對迭代中使用的隨機種子高位和低位為0位進行限制，進行優(yōu)化操作，避免了現(xiàn)有技術(shù)的短周期，容易出現(xiàn)隨機數(shù)為同一常數(shù)或零退化等現(xiàn)象，達到提高隨機數(shù)的均勻性和穩(wěn)定性的目的。


圖I是本發(fā)明的一種隨機數(shù)生成方法的一次工作流程圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選的一種隨機數(shù)生成方法的流程圖；圖3是隨機數(shù)位數(shù)n = 6，初始隨機種子Mtl = 2時，采用的平方取中法和本發(fā)明中的方法得到的隨機數(shù)序列；圖4是隨機數(shù)位數(shù)n = 4，初始隨機種子Mci = 9999時，采用的平方取中法和本發(fā)明中的方法得到的隨機數(shù)序列；圖5是本發(fā)明的一種隨機數(shù)生成裝置結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明優(yōu)選的一種隨機數(shù)生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。參照圖1，示出了本發(fā)明的一種隨機數(shù)生成方法的流程圖。
步驟101，計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n ;其中，n為輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)，n為偶數(shù)。此步驟中最開始計算獲取的隨機種子，比如Mtl = 350，n = 4時，那么平方后的數(shù)為122500，此時在122500前補零得到8位的數(shù)00122500。然后計算由后續(xù)步驟生成的新隨機種子。步驟102,將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n, m)=0, m 古 n ;在實際中，一般將所述2n位的平方值按照從高位到低位的順序分隔成2n/m(mod(n, m) = 0, m 古 n)個 m 位數(shù),記作=X1, X2, , X2n/m。 此步驟中，將步驟101得到的2n位的平方數(shù)K2n按組進行分割，分組的要求為當(dāng)mod(n, m) = 0, m古n時,求2n/m。那么K2n就可以按順序分為2n/m個數(shù),每個數(shù)為m位。例如將上述8位數(shù)00122500分為4個2位數(shù)，分隔后為00，12，25，00四個2位數(shù)。優(yōu)選的，參數(shù)m可以使用事先預(yù)置的默認(rèn)值，比如n/2 ；優(yōu)選的，參數(shù)m也可以根據(jù)所述n值和所述2n位的平方值K2n產(chǎn)生，比如根據(jù)所述n值確定可能的m值的個數(shù)i,則所有可能的m值記作1 ,. . . ,Hii,運算mm<xi(K2 ,i)+i得到參數(shù)m的值。步驟103,從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出；在實際中，可以根據(jù)預(yù)先確定的方法選擇X1, X2, ...，X2n7m中的n/m個作為On，如選擇中間的 n/m 個，即 On = I On^mX [n/2m]+1+1 On^2mX [n/2m] +2+. . . +X
[n/2m]+n/m
;選擇奇數(shù)n/m個，即On
=KTmX^KT2mX3+... +Xwirt。。但在選擇中，需要注意盡量不要使用處于K2n最低位的X2n7m作為下一次迭代的隨機種子Sn的最低位。以及步驟104，當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子;當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時,在未被步驟103選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最低位m位數(shù)，得到新隨機種子。在此步驟中，可以包括步驟Al,比較On中最高位和最低位使用的m位數(shù)是否為0 ;步驟A2，若都不為0，則令Sn = On，將Sn作為新隨機種子轉(zhuǎn)入步驟101 ；步驟A3，若其中至少有I個為0，則在未被組合器選擇的n/m個m位數(shù)中，找出非0的m位數(shù)，記作Xhl，Xh2, .. . Xhj (hj < . . . <h2 < hi)，順序替換On中為0最低位和最高位m位數(shù),至On中最低位和最高位m位數(shù)均不為0或Xhl, Xh2,. . . Xhj全部完成替換后,令Sn=On，將Sn作為新隨機種子轉(zhuǎn)入步驟101。參照圖2，本發(fā)明的優(yōu)選一種隨機數(shù)生成方法的流程圖。步驟100，獲取初始隨機種子，輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)n，n為偶數(shù)，其中初始隨機種子不等于10n，N > O。此步驟中的初始隨機種子Mtl, M0^ 10N (N彡0)，然后由此初始隨機種子開始產(chǎn)生新隨機數(shù)和新隨機種子。即此步驟中隨機數(shù)Mtl不能為10，100等數(shù)。因為一旦輸入此類數(shù)字，那么最后輸出結(jié)果不能滿足隨機數(shù)的廣范圍，長周期，均勻和穩(wěn)定的要求。在此步驟中，還可以獲取輸出隨機數(shù)的取值范圍和精度要求，以此來限定輸出的隨機數(shù)。對于在輸入中沒有給出輸出隨機數(shù)序列的位數(shù)n的情況，可以根據(jù)輸入的精度要求和取值范圍來確定n值。例如要求輸出的取值范圍為(0，1)的8位小數(shù)，n可以選擇不小于8的偶數(shù)，對于n = 8的情況，輸出的On經(jīng)放縮單元縮小IO8倍得到取值范圍內(nèi)符合精度要求的隨機數(shù)。步驟101，步驟102，步驟103和步驟104如上所述，在此不加詳述。步驟105，將所述新隨機數(shù)On放縮至符 合隨機數(shù)的取值范圍和精度要求后輸出。根據(jù)輸入的精度要求和取值范圍，將新隨機數(shù)On放縮到適合范圍內(nèi)再輸出，例如要求輸出的取值范圍為(0，1)的8位小數(shù)，輸出的On經(jīng)放縮單元縮小IO8倍得到取值范圍內(nèi)符合精度要求的隨機數(shù)。參照圖3，圖4和圖5，通過示出本發(fā)明一種隨機數(shù)生成方法對比于原平方取中法仿真模擬的實施結(jié)果，具體說明本發(fā)明對提高隨機數(shù)均勻性和穩(wěn)定性的作用。參照圖3，當(dāng)初始隨機種子很小的時候，平方取中法輸出的隨機數(shù)序列會很快變成
同一常數(shù)。取n = 6，初始隨機種子Mtl = 2為例，為了說明本發(fā)明使用的靈活性，我們對于m=3和m = 2兩種情況分別進行說明。m = 3時，On取中間兩個3位數(shù)作為輸出；m = 2時，On取奇數(shù)序號的3個2位數(shù)作為輸出。對于平方取中法，在隨機種子很小的情況下，會因為平方后中間n位變成零，而導(dǎo)致隨機數(shù)序列一直為零。而本發(fā)明中隨機數(shù)生成方法，會在隨機種子平方后結(jié)果中，通過步驟101至104尋找非零部分作為下一次迭代的隨機種子，而不是局限于取中間n位作為下一次的隨機種子，在這種情況下，避免了零退化，隨機數(shù)序列會很快趨于穩(wěn)定。參照圖4，當(dāng)運算過程中，平方取中后的隨機種子等于F*10n/2(F>0)時，平方取中法在迭代后，會導(dǎo)致隨機數(shù)序列在一個小范圍內(nèi)循環(huán)重復(fù)。發(fā)生這種情況的主要原因，是限于平方取中法的規(guī)則，在出現(xiàn)上述隨機種子時，會一直使用F2的后n/2位數(shù)擴大IOn72倍作為輸出和下一次迭代的隨機種子，這樣的情況下，會限制輸出的序列的取值范圍，影響其隨機性。另外，通過仿真計算可知，對于任意m位數(shù)平方后，取該m位數(shù)的尾數(shù)繼續(xù)進行平方迭代，所得到的輸出結(jié)果在迭代若干次后，會在一個范圍內(nèi)循環(huán)，通常，循環(huán)的長度隨m的增加而增加。而通過本發(fā)明的一種隨機數(shù)生成方法，在出現(xiàn)輸出為F*10m的情況時，會通過步驟101至步驟104修正下一次迭代的隨機種子，即尋找非0的m位數(shù)XhnXh2,. . . Xhj，代替輸出中為0的最低m位數(shù)，即使用F*10m+Xhl做下一次迭代的隨機種子，這樣就避免了平方取中法中，輸出的隨機數(shù)序列會在小范圍內(nèi)循環(huán)。在圖4中可以看出，隨機數(shù)序列很快趨于穩(wěn)定和均勻。本發(fā)明還提供了一種隨機數(shù)生成裝置。參照圖5，本發(fā)明的一種隨機數(shù)生成裝置包括
運算器，用于計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n ;其中，n為輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)，n為偶數(shù)；分隔器，用于將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n,m) = 0，m 古 n ;組合單元,用于從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出；以及隨機種子產(chǎn)生器，用于當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子;當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時,在未被步驟103選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最 低位m位數(shù)，得到新隨機種子。參照圖6，示出了本發(fā)明優(yōu)選的一種隨機數(shù)生成裝置。輸入端口 用于初始隨機種子Mtl, M0幸10N(N彡0)和輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)n (n為偶數(shù))。還可以用于輸入隨機數(shù)取值范圍、精度要求。寄存器用于保存運算過程中的隨機種子。運算器用于計算所述隨機種子的平方K，并將所得平方值高位補零成2n位數(shù)，記作=K2n0分隔器用于將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n,m) =0, m^n0在實際中用于將所述2n位的平方值按照從高位到低位的順序分隔成2n/m(mod(n, m) = 0, m 古 n)個 m 位數(shù),記作=X1, X2, , X2n7m ；組合單元，包括組合器，放縮單元和輸出端口。用于從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出。其中，組合器用于從X1, X2, ...，X2n7ffl中選擇n/m個進行組合生成另一個新的n位隨機數(shù)on，并將所述On發(fā)送放縮單元；放縮單元用于根據(jù)隨機數(shù)的取值范圍和精度要求將組合器產(chǎn)生的新的n位隨機數(shù)On放縮到取值范圍；輸出端口用于輸出隨機數(shù)序列。隨機種子產(chǎn)生器用于生成新隨機種子，并輸入到寄存器。還包括控制器，用于由所述隨機數(shù)發(fā)生裝置根據(jù)所述n值和所述2n位的平方值K2n產(chǎn)生參數(shù)m值，例如在隨機數(shù)發(fā)生裝置中增加一個控制器，連接分隔器，根據(jù)分隔器提供的n值確定可能的m值的個數(shù)i，將所有可能的m值記作1 , . . . , Hii,根據(jù)i和K2n計算mmod(K2n ’i)+l輸出到分隔器。本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對于系統(tǒng)實施例而言，由于其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。以上對本發(fā)明所提供的一種隨機數(shù)生成方法和裝置進行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種隨機數(shù)生成方法，其特征在于 步驟101、計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n;其中，n為輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)，n為偶數(shù)； 步驟102、將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n, m) = 0,m古n ; 步驟103、從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出； 以及步驟104， 當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子；當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時，在未被步驟103選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最低位m位數(shù)，得到新隨機種子。
2.如權(quán)利要求I所述的隨機數(shù)生成方法，其特征在于 還包括步驟100，獲取初始隨機種子，輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)n，n為偶數(shù)，其中初始隨機種子不等于10n，N≤O。
3.如權(quán)利要求I所述的隨機數(shù)生成方法，其特征在于 所述隨機數(shù)的最大位數(shù)n，由隨機數(shù)的取值范圍和精度要求確定。
4.如權(quán)利要求I所述的隨機數(shù)生成方法，其特征在于 將所述新隨機數(shù)On放縮至符合隨機數(shù)的取值范圍和精度要求后輸出。
5.如權(quán)利要求I所述的隨機數(shù)生成方法，其特征在于 從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合時,選擇正中間的n/m個進行組合,或者選擇奇數(shù)項的n/m個進行組合。
6.如權(quán)利要求I所述的隨機數(shù)生成方法，其特征在于 所述的參數(shù)m使用事先預(yù)置的默認(rèn)值。
7.如權(quán)利要求I所述的隨機數(shù)生成方法，其特征在于 所述的參數(shù)m值根據(jù)所述的n值和2n位平方數(shù)K2n確定，具體過程包括根據(jù)所述n值確定m位數(shù)可能的個數(shù)i,記作1 , . . .Iiii,運算mm<xi(ic2 ,i)+i得到參數(shù)m值。
8.一種隨機數(shù)生成裝置，其特征在于 運算器，用于計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n ;其中，n為輸出隨機數(shù)的最大位數(shù)，n為偶數(shù)； 分隔器，用于將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n, m)=0,m 古 n ; 組合單元，用于從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出； 以及隨機種子產(chǎn)生器，用于當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子；當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時，在未被步驟103選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最低位m位數(shù)，得到新隨機種子。
9.如權(quán)利要求8所述的隨機數(shù)生成裝置，其特征在于所述的組合單元包括放縮單元，所述的放縮單元用于將所述新隨機數(shù)On放縮至符合隨機數(shù)的取值范圍和精度要求后輸出。
10.如權(quán)利要求8所述的隨機數(shù)生成裝置，其特征在于 還包括控制器，用于確定參數(shù)m值，具體確定過程包括根據(jù)所述n值確定m位數(shù)可能的個數(shù) i，記作1 ,…IHi,運算mm<xl(K2 ,i)+l。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種隨機數(shù)生成方法和裝置，涉及通信領(lǐng)域的測試技術(shù)。所述隨機數(shù)生成方法包括計算隨機種子的平方數(shù)，并將平方后得到的數(shù)高位補零得到2n位平方數(shù)K2n，n為最大輸出隨機數(shù)位數(shù)，n為偶數(shù)；將所述2n位平方數(shù)K2n按順序分割成2n/m個m位數(shù)；其中，mod(n，m)＝0，m≠n；從所述2n/m個m位數(shù)中選擇n/m個進行組合生成一個n位新隨機數(shù)On并輸出；當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)均不為零時，將其作為新隨機種子；當(dāng)新隨機數(shù)On中最高位和最低位使用的m位數(shù)中存在至少一個為零時，在未被選中的n/m個m位數(shù)中，找出非零的m位數(shù)，替換新隨機數(shù)中為零的最高位和/或最低位m位數(shù)，得到新隨機種子。本發(fā)明通過優(yōu)化隨機種子提高了隨機數(shù)的均勻性和穩(wěn)定性。
文檔編號G06F7/58GK102799413SQ201110136989
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者李云洲, 丁國鵬, 張艷, 趙熠飛, 肖立民, 許希斌 申請人:清華大學(xué)