Uso de Math.random()
Usar Math.random()
es la manera fácil, simple y menos costosa de lograr el cometido. Por ejemplo, tal como se puede leer en la documentación y en la explicación de la misma, en la respuesta de @FranyxD; la siguiente función devuelve un número entero aleatorio entre los valores también enteros a
y b
dados (b
no incluido):
function getRandomIntegerNumberInRange(a, b) {
if(a > b) {
[a, b] = [b, a];
}
const amplitud = parseInt(b - a);
const desplazamiento = parseInt(a);
return Math.floor(Math.random() * amplitud) + desplazamiento;
}
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 30));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, -5));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 2));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(-10, 5));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(-50, -1));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 0));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(100, 100));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(10, 11));
.as-console-wrapper {
min-height: 100;
top: 0;
}
Si los valores del rango se reciben en cualquier posición, esto se corrige dentro de la función por lo cual llamar a getRandomIntegerNumberInRange(5, 0);
es igual que llamar a getRandomIntegerNumberInRange(0, 5);
.
Por otro lado, la conversión del rango [0, 1)
en el rango [a, b)
para cualquier entero a
y b
es simplemente la multiplicación del rango inicial ([0, 1)
) por la amplitud del rango objetivo (b - a
) más su desplazamiento (dado por a
).
Sin embargo, podemos crear nuestra propia función de números aleatorios sin necesidad de usar Math.random()
.
Uso de Generador de Números Pseudo Aleatorios
Podemos crear una Clase que implemente nuestro propio generador de números pseudo aleatorios como la siguiente, que explicaré a continuación:
class CustomRandomGenerator {
constructor(seed) {
this.seed = seed ?? new Date().valueOf();
this.mult = 1103515245;
this.inc = 12345;
this.mod = 2^31
}
*generate() {
this.seed = (this.mult * this.seed + this.inc) % this.mod;
yield (this.seed / this.mod);
}
rand() {
return this.generate().next().value;
}
}
const random = new CustomRandomGenerator();
function getRandomIntegerNumberInRange(a, b) {
if(a > b) {
[a, b] = [b, a];
}
const amplitud = parseInt(b - a);
const desplazamiento = parseInt(a);
return Math.floor(random.rand() * amplitud) + desplazamiento;
}
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 30));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, -5));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 2));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(-10, 5));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(-50, -1));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 0));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(100, 100));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(10, 11));
.as-console-wrapper {
min-height: 100%;
top: 0;
}
tl;dr
La mayoría de lenguajes de programación disponen de alguna función o método para calcular números pseudo aleatorios. En javascript tenemos el ya visto Math.random()
, y en java tenemos disponible la Clase Random, la cual nos permite crear un objeto generador de números pseudo aleatorios de cualquier índole.
La mayoría de estos generadores se basan en un algortitmo para la obtención de dichos valores pseudo aleatorios, y dichos algoritmos no son un secreto, cualquiera puede recrearlos en el lenguaje que considere adecuado. Dado que la pregunta es sobre javascript, vamos a ver cómo se escribe una función generadora de números pseudo aleatorios sin necesidad de recurrir a Math.random()
.
Algoritmo
Existen diferentes algoritmos de generación de números pseudo aleatorios, y aunque es un tema apasionante el estudio de algoritmos y sus diferentes aplicaciones, aquí sólo mostraremos un algoritmo bastante sencillo que podemos aplicar en javascript para la generación de dichos valores.
El proceso es muy simple:
- Elección de un valor inicial conocido como "semilla"
- Aplicación de una serie de operaciones matemáticas usando dicha "semilla" para obtener un valor pseudo aleatorio
- Usar el valor obtenido como nueva "semilla"
- Repetir el proceso para obtener el siguiente valor pseudo aleatorio.
El apartado 2 es el que miraremos con mayor atención, ya que es el que se encarga de calcular el resultado a partir de la entrada inicial.
Principio matemático
El algoritmo que usaremos es conocido como Generador lineal congruencial y establece lo siguiente:
Dados un valor inicial X_0
("semilla"), dos valores a
(multiplicador) y c
(incremento) y un valor m
(módulo), todos enteros positivos. Donde se cumple que:
m > 0
el módulo es siempre positivo, tal como se estableció anteriormente.
0 < a < m
el multiplicador es positivo pero menor que el módulo.
0 ≤ c < m
el incremento es no negativo, pero siempre menor que el módulo
0 ≤ X_0 < m
la semilla es no negativa y menor que el módulo
Se establece la relación lineal de congruencia de la siguiente forma:
Xn ≡ (aXn-1 + c) mod m
O traducido a javascript:
Xn = (a * Xn-1 + c) % m;
Esto es algo que podemos escribir sin problemas en una función que, dados los valores inciales y un valor n
, nos devolverá una lista de n
elementos generados de forma pseudo aleatoria:
// seed: semilla, mult: multiplicador, inc: incremento, mod: modulo, n: cantidad de elementos
function linearPseudoRandomGeneratorList(seed, mult, inc, mod, n) {
const list = [];
for( let i = 0; i < n; ++i) {
seed = ((mult * seed) + inc) % mod;
list.push(seed);
}
return list;
}
console.log(linearPseudoRandomGeneratorList(10, 1, 3, 50, 10).join(','));
console.log(linearPseudoRandomGeneratorList(10, 1, 3, 50, 10).join(','));
.as-console-wrapper {
min-height: 100%;
top: 0;
}
Ahora, esta función nos devuelve una lista que es predecible, es decir son valores que tienen una frecuencia predecible según se conozcan los componentes que son introducidos. Para los mismos valores siempre de obtendrán los mismos resultados. Esto no es aleatoreidad tal como la conocemos.
¿Cómo podríamos aleatorizar aún más nuestro resultado? Pues podemos usar valores "aleatorios" para el multiplicador, el incremento y la semilla, de esta forma los valores generados serían menos predecibles.
Como en nuestro ejemplo no podemos usar Math.random()
entonces usaremos la hora del sistema para obtener el valor de semilla inicial y así obtener diferentes resultados en cada llamada a nuestro generador.
Recordemos los requisitos: todos enteros positivos menores que m
. Como javascript trabaja con una representación numérica de 64 bits, podemos usar como módulo un valor tan alto como se desee siempre que no sea más alto que el máximo entero seguro que es de magnitud: 2^53 - 1
y equivale a: 9007199254740991
. Pero en este caso, vamos a escoger valores o parámetros estándar usados en muchos generadores a día de hoy. Por ejemplo, podemos basarnos en los valores para m
, a
y c
propuestos como parámetros de uso común de cualquier lenguaje o implementación. Supongamos que tomamos los parámetros usados comunmente en ANSI C
:
m
: 2^31
a
: 1103515245
c
: 12345
Para la semilla, usaremos el valor devuelto por el método valueOf()
del objeto Date
de javascript.
Por ejemplo:
function linearPseudoRandomGeneratorList(n) {
let seed = new Date().valueOf();
const mod = 2^31;
const mult = 1103515245;
const inc = 12345;
const list = [];
for( let i = 0; i < n; ++i) {
seed = ((mult * seed) + inc) % mod;
list.push(seed / mod);
}
return list;
}
console.log(linearPseudoRandomGeneratorList(5).join(','));
// el siguiente bucle sólo es para evitar que la siguiente
// llamada sea en el mismo instante de tiempo
for(let i = 1; i < 10000; ++i) {
i;
}
console.log(linearPseudoRandomGeneratorList(5).join(','));
.as-console-wrapper {
min-height: 100%;
top: 0;
}
Como se aprecia, si bien la única entrada es la cantidad de elementos a generar, los valores generados en ambas llamadas parecen más aleatorios y son distintos en cada llamada, por lo cual, algo se ha ganado.
Otra cosa que hemos cambiado es que nuestro resultado tenga una Distribución Uniforme. Esto lo logramos dividiendo el valor obtenido, entre el módulo. Así, los valores obtenidos estarán siempre entre [0, 1)
.
Ya nos hemos acercado bastante a lo que proporciona Math.random()
.
Generador
Ahora bien, ¿cómo podemos escribir una función que dados 2 valores cualesquiera a
y b
nos devuelva un valor aleatorio en el rango [a, b)
usando nuestro generador?
Pues lo primero es crear una función generadora que nos permita obtener un valor aleatorio en cada llamada a next()
. Para ello vamos a hacer lo siguiente:
class CustomRandomGenerator {
constructor(seed) {
this.seed = seed ?? new Date().valueOf();
this.mult = 1103515245;
this.inc = 12345;
this.mod = 2^31
}
*generate() {
this.seed = (this.mult * this.seed + this.inc) % this.mod;
yield (this.seed / this.mod);
}
rand() {
return this.generate().next().value;
}
}
const random = new CustomRandomGenerator();
console.log(random.rand());
console.log(random.rand());
console.log(random.rand());
.as-console-wrapper {
min-height: 100%;
top: 0;
}
Con esto hemos creado una Clase llamada CustomRandomGenerator
que puede recibir un valor como semilla o usar la hora del sistema. Esta Clase implementa una función generadora que devolverá un valor pseudo aleatorio entre 0 y 1, basado en la semilla inicial, y una función llamada rand()
que consume nuestra función generadora para devolvernos el siguiente valor pseudo aleatorio.
Ahora, es fácil construir una función que devuelva un valor pseudo aleatorio en un rango específico dado, tal como la primera función vista al inicio de esta respuesta. Por ejemplo:
class CustomRandomGenerator {
constructor(seed) {
this.seed = seed ?? new Date().valueOf();
this.mult = 1103515245;
this.inc = 12345;
this.mod = 2^31
}
*generate() {
this.seed = (this.mult * this.seed + this.inc) % this.mod;
yield (this.seed / this.mod);
}
rand() {
return this.generate().next().value;
}
}
const random = new CustomRandomGenerator();
function getRandomIntegerNumberInRange(a, b) {
if(a > b) {
[a, b] = [b, a];
}
const amplitud = parseInt(b - a);
const desplazamiento = parseInt(a);
return Math.floor(random.rand() * amplitud) + desplazamiento;
}
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 30));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, -5));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 2));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(-10, 5));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(-50, -1));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(0, 0));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(100, 100));
console.log(getRandomIntegerNumberInRange(10, 11));
.as-console-wrapper {
min-height: 100%;
top: 0;
}
Como se observa, no es tan difícil obtener los valores pseudo aleatorios usando el algoritmo apropiado. Sin embargo, no siempre es bueno reinventar la rueda. Esta respuesta intenta ser más didáctica que otra cosa.