Почему этот код с использованием случайных строк выводит «hello world»?

Следующее утверждение print выдает «hello world». Кто-нибудь может объяснить это?

System.out.println(randomString(-229985452) + " " + randomString(-147909649));

И randomString()выглядит так:

public static String randomString(int i)
{
    Random ran = new Random(i);
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while (true)
    {
        int k = ran.nextInt(27);
        if (k == 0)
            break;

        sb.append((char)('`' + k));
    }

    return sb.toString();
}

Когда экземпляр java.util.Randomконструируется с определенным параметром начального числа (в данном случае -229985452или -147909649), он следует алгоритму генерации случайного числа, начинающемуся с этого начального значения.

Каждый Randomпостроенный с одним и тем же семенем будет каждый раз генерировать один и тот же набор чисел.

Другие ответы объясняют почему, но вот как.

Учитывая экземпляр Random:

Random r = new Random(-229985452)

Первые 6 r.nextInt(27)генерируемых чисел :

8
5
12
12
15
0

и первые 6 чисел, которые r.nextInt(27)генерируют данные Random r = new Random(-147909649):

23
15
18
12
4
0

Затем просто добавьте эти числа к целочисленному представлению символа `(которое равно 96):

8  + 96 = 104 --> h
5  + 96 = 101 --> e
12 + 96 = 108 --> l
12 + 96 = 108 --> l
15 + 96 = 111 --> o

23 + 96 = 119 --> w
15 + 96 = 111 --> o
18 + 96 = 114 --> r
12 + 96 = 108 --> l
4  + 96 = 100 --> d

Я просто оставлю это здесь. Тот, у кого есть много свободного времени (CPU), не стесняйтесь экспериментировать :) Кроме того, если вы освоили какое-то fork-join-fu, чтобы заставить эту вещь сжигать все ядра процессора (просто потоки скучны, верно?), Пожалуйста, поделитесь ваш код. Я буду очень признателен.

public static void main(String[] args) {
    long time = System.currentTimeMillis();
    generate("stack");
    generate("over");
    generate("flow");
    generate("rulez");

    System.out.println("Took " + (System.currentTimeMillis() - time) + " ms");
}

private static void generate(String goal) {
    long[] seed = generateSeed(goal, Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE);
    System.out.println(seed[0]);
    System.out.println(randomString(seed[0], (char) seed[1]));
}

public static long[] generateSeed(String goal, long start, long finish) {
    char[] input = goal.toCharArray();
    char[] pool = new char[input.length];
    label:
    for (long seed = start; seed < finish; seed++) {
        Random random = new Random(seed);

        for (int i = 0; i < input.length; i++)
            pool[i] = (char) random.nextInt(27);

        if (random.nextInt(27) == 0) {
            int base = input[0] - pool[0];
            for (int i = 1; i < input.length; i++) {
                if (input[i] - pool[i] != base)
                    continue label;
            }
            return new long[]{seed, base};
        }

    }

    throw new NoSuchElementException("Sorry :/");
}

public static String randomString(long i, char base) {
    System.out.println("Using base: '" + base + "'");
    Random ran = new Random(i);
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (int n = 0; ; n++) {
        int k = ran.nextInt(27);
        if (k == 0)
            break;

        sb.append((char) (base + k));
    }

    return sb.toString();
}

Вывод:

-9223372036808280701
Using base: 'Z'
stack
-9223372036853943469
Using base: 'b'
over
-9223372036852834412
Using base: 'e'
flow
-9223372036838149518
Using base: 'd'
rulez
Took 7087 ms

Все здесь проделали огромную работу, объяснив, как работает код, и продемонстрировали, как вы можете создать свои собственные примеры, но вот информационный теоретический ответ, показывающий, почему мы можем разумно ожидать, что существует решение, которое в конечном итоге найдет поиск методом перебора.

26 различных строчных букв образуют наш алфавит Σ. Чтобы позволить генерировать слова различной длины, мы дополнительно добавляем символ-терминатор, ⊥чтобы получить расширенный алфавит Σ' := Σ ∪ {⊥}.

Позвольте αбыть символом и X равномерно распределенной случайной величиной над Σ'. Вероятность получения этого символа P(X = α)и его информационное содержание I(α)определяются следующим образом:

P (X = α) = 1 / | Σ '| = 1/27

I (α) = -log₂ [P (X = α)] = -log₂ (1/27) = log₂ (27)

Для слова ω ∈ Σ*и его ⊥-прекращенного аналога ω' := ω · ⊥ ∈ (Σ')*мы имеем

I (ω): = I (ω ') = | ω' | * log₂ (27) = (| ω | + 1) * log₂ (27)

Поскольку генератор псевдослучайных чисел (PRNG) инициализируется с помощью 32-разрядного начального числа, мы можем ожидать, что большинство слов длиной до

λ = этаж [32 / log₂ (27)] - 1 = 5

быть сгенерированным хотя бы одним семенем. Даже если бы нам пришлось искать слово из 6 символов, мы все равно добились бы успеха в 41,06% случаев. Не слишком потрепанный.

Для 7 писем мы смотрим ближе к 1,52%, но я не понял этого, прежде чем попробовать:

#include <iostream>
#include <random>

int main()
{
    std::mt19937 rng(631647094);
    std::uniform_int_distribution<char> dist('a', 'z' + 1);

    char alpha;
    while ((alpha = dist(rng)) != 'z' + 1)
    {
        std::cout << alpha;
    }
}

Смотрите вывод: http://ideone.com/JRGb3l

Я написал быструю программу, чтобы найти эти семена:

import java.lang.*;
import java.util.*;
import java.io.*;

public class RandomWords {
    public static void main (String[] args) {
        Set<String> wordSet = new HashSet<String>();
        String fileName = (args.length > 0 ? args[0] : "/usr/share/dict/words");
        readWordMap(wordSet, fileName);
        System.err.println(wordSet.size() + " words read.");
        findRandomWords(wordSet);
    }

    private static void readWordMap (Set<String> wordSet, String fileName) {
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName));
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                line = line.trim().toLowerCase();
                if (isLowerAlpha(line)) wordSet.add(line);
            }
        }
        catch (IOException e) {
            System.err.println("Error reading from " + fileName + ": " + e);
        }
    }

    private static boolean isLowerAlpha (String word) {
        char[] c = word.toCharArray();
        for (int i = 0; i < c.length; i++) {
            if (c[i] < 'a' || c[i] > 'z') return false;
        }
        return true;
    }

    private static void findRandomWords (Set<String> wordSet) {
        char[] c = new char[256];
        Random r = new Random();
        for (long seed0 = 0; seed0 >= 0; seed0++) {
            for (int sign = -1; sign <= 1; sign += 2) {
                long seed = seed0 * sign;
                r.setSeed(seed);
                int i;
                for (i = 0; i < c.length; i++) {
                    int n = r.nextInt(27);
                    if (n == 0) break;
                    c[i] = (char)((int)'a' + n - 1);
                }
                String s = new String(c, 0, i);
                if (wordSet.contains(s)) {
                    System.out.println(s + ": " + seed);
                    wordSet.remove(s);
                }
            }
        }
    }
}

Сейчас он работает в фоновом режиме, но уже найдено достаточно слов для классической панграммы:

import java.lang.*;
import java.util.*;

public class RandomWordsTest {
    public static void main (String[] args) {
        long[] a = {-73, -157512326, -112386651, 71425, -104434815,
                    -128911, -88019, -7691161, 1115727};
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            Random r = new Random(a[i]);
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            int n;
            while ((n = r.nextInt(27)) > 0) sb.append((char)('`' + n));
            System.out.println(sb);
        }
    }
}

( Демонстрация на ideone. )

Ps. -727295876, -128911, -1611659, -235516779,

Я был заинтригован этим, я запустил этот генератор случайных слов в списке словарных слов. Диапазон: от Integer.MIN_VALUE до Integer.MAX_VALUE

Я получил 15131 хитов.

int[] arrInt = {-2146926310, -1885533740, -274140519, 
                -2145247212, -1845077092, -2143584283,
                -2147483454, -2138225126, -2147375969};

for(int seed : arrInt){
    System.out.print(randomString(seed) + " ");
}

Печать

the quick browny fox jumps over a lazy dog 

Фактически большинство генераторов случайных чисел являются «псевдослучайными». Это линейные конгруэнтные генераторы или LCG ( http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_congruential_generator )

LCG вполне предсказуемы, учитывая фиксированное начальное число. В основном, используйте начальное число, которое дает вам ваше первое письмо, затем напишите приложение, которое продолжает генерировать следующее целое число (символ), пока вы не нажмете следующую букву в вашей целевой строке и не запишите, сколько раз вам приходилось вызывать LCG. Продолжайте, пока вы не сгенерируете каждую букву.

Поскольку многопоточность очень проста с Java, вот вариант, который ищет начальное число, используя все доступные ядра: http://ideone.com/ROhmTA

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

public class SeedFinder {

  static class SearchTask implements Callable<Long> {

    private final char[] goal;
    private final long start, step;

    public SearchTask(final String goal, final long offset, final long step) {
      final char[] goalAsArray = goal.toCharArray();
      this.goal = new char[goalAsArray.length + 1];
      System.arraycopy(goalAsArray, 0, this.goal, 0, goalAsArray.length);
      this.start = Long.MIN_VALUE + offset;
      this.step = step;
    }

    @Override
    public Long call() throws Exception {
      final long LIMIT = Long.MAX_VALUE - this.step;
      final Random random = new Random();
      int position, rnd;
      long seed = this.start;

      while ((Thread.interrupted() == false) && (seed < LIMIT)) {
        random.setSeed(seed);
        position = 0;
        rnd = random.nextInt(27);
        while (((rnd == 0) && (this.goal[position] == 0))
                || ((char) ('`' + rnd) == this.goal[position])) {
          ++position;
          if (position == this.goal.length) {
            return seed;
          }
          rnd = random.nextInt(27);
        }
        seed += this.step;
      }

      throw new Exception("No match found");
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    final String GOAL = "hello".toLowerCase();
    final int NUM_CORES = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

    final ArrayList<SearchTask> tasks = new ArrayList<>(NUM_CORES);
    for (int i = 0; i < NUM_CORES; ++i) {
      tasks.add(new SearchTask(GOAL, i, NUM_CORES));
    }

    final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(NUM_CORES, new ThreadFactory() {

      @Override
      public Thread newThread(Runnable r) {
        final Thread result = new Thread(r);
        result.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); // make sure we do not block more important tasks
        result.setDaemon(false);
        return result;
      }
    });
    try {
      final Long result = executor.invokeAny(tasks);
      System.out.println("Seed for \"" + GOAL + "\" found: " + result);
    } catch (Exception ex) {
      System.err.println("Calculation failed: " + ex);
    } finally {
      executor.shutdownNow();
    }
  }
}

Случайные всегда возвращают одну и ту же последовательность. Он используется для перетасовки массивов и других операций в качестве перестановок.

Чтобы получить разные последовательности, необходимо инициализировать последовательность в некотором положении, называемом «семя».

RandomSting получает случайное число в позиции i (seed = -229985452) «случайной» последовательности. Затем использует код ASCII для следующих 27 символов в последовательности после начального положения, пока это значение не станет равным 0. Это возвращает «привет». Та же операция сделана для «мира».

Я думаю, что код не работает ни для каких других слов. Парень, который запрограммировал это, знает случайную последовательность очень хорошо.

Это очень хороший компьютерный код!

Основным является случайный класс, построенный с одним и тем же начальным числом, который будет каждый раз генерировать один и тот же шаблон чисел.

Полученный из ответа Дениса Тульского , этот метод создает семя.

public static long generateSeed(String goal, long start, long finish) {
    char[] input = goal.toCharArray();
    char[] pool = new char[input.length];
    label:
        for (long seed = start; seed < finish; seed++) {
            Random random = new Random(seed);

            for (int i = 0; i < input.length; i++)
                pool[i] = (char) (random.nextInt(27)+'`');

            if (random.nextInt(27) == 0) {
                for (int i = 0; i < input.length; i++) {
                    if (input[i] != pool[i])
                        continue label;
                }
                return seed;
            }

        }

    throw new NoSuchElementException("Sorry :/");
}

В документации по Java это преднамеренная функция при указании начального значения для класса Random.

Если два экземпляра Random создаются с одним и тем же начальным числом, и для каждого выполняется одинаковая последовательность вызовов методов, они будут генерировать и возвращать идентичные последовательности чисел. Чтобы гарантировать это свойство, для класса Random указаны конкретные алгоритмы. Реализации Java должны использовать все алгоритмы, показанные здесь для класса Random, ради абсолютной переносимости кода Java.

http://docs.oracle.com/javase/1.4.2/docs/api/java/util/Random.html

Как ни странно, вы могли бы подумать, что существуют неявные проблемы безопасности, связанные с предсказуемыми «случайными» числами.

Речь идет о «семени». Те же семена дают тот же результат.

Вот небольшое улучшение для ответа Дениса Тульского . Это сокращает время вдвое

public static long[] generateSeed(String goal, long start, long finish) {
    char[] input = goal.toCharArray();

    int[] dif = new int[input.length - 1];
    for (int i = 1; i < input.length; i++) {
        dif[i - 1] = input[i] - input[i - 1];
    }

    mainLoop:
    for (long seed = start; seed < finish; seed++) {
        Random random = new Random(seed);
        int lastChar = random.nextInt(27);
        int base = input[0] - lastChar;
        for (int d : dif) {
            int nextChar = random.nextInt(27);
            if (nextChar - lastChar != d) {
                continue mainLoop;
            }
            lastChar = nextChar;
        }
        if(random.nextInt(27) == 0){
            return new long[]{seed, base};
        }
    }

    throw new NoSuchElementException("Sorry :/");
}

Это все о входном семени . Одно и то же семя все время дает одни и те же результаты. Даже если вы снова и снова запускаете свою программу, это один и тот же вывод.

public static void main(String[] args) {

    randomString(-229985452);
    System.out.println("------------");
    randomString(-229985452);

}

private static void randomString(int i) {
    Random ran = new Random(i);
    System.out.println(ran.nextInt());
    System.out.println(ran.nextInt());
    System.out.println(ran.nextInt());
    System.out.println(ran.nextInt());
    System.out.println(ran.nextInt());

}

Вывод

-755142161
-1073255141
-369383326
1592674620
-1524828502
------------
-755142161
-1073255141
-369383326
1592674620
-1524828502