個人中心
退出
matlab中奇妙的rand隨機數(shù)，解決你的疑惑
隨機數(shù)是大家在學習算法的過程中經(jīng)常遇到的一個名詞，在尋優(yōu)算法和機器學習算法中出現(xiàn)的頻率很高，隨機數(shù)正因為其隨機的特性每次運行結果生成的值都不一樣，因此含有大量隨機數(shù)的尋優(yōu)算法以及機器學習算法每次運行的結果都會有一定的差異性。（所以很多同學問我每次運行遺傳算法或者bp神經(jīng)網(wǎng)絡結果為什么不一樣呢，隨機數(shù)就是原因；如果算法中不存在隨機數(shù)，那么每次運行的結果就應該是一樣的。）
在matlab中隨機數(shù)的生成主要依靠兩個函數(shù)，一個是rand（滿足均勻分布）一個是randn（滿足正態(tài)分布），其他大部分與隨機數(shù)相關的函數(shù)都是由這兩個函數(shù)衍生出來的。
那么我們這里就以rand函數(shù)為例子，首先我們生成一個隨機數(shù)，并且多次運行，如下圖
可以看到，3次運行每次生成的結果都是不一樣的；然后我們試著在一個文件中生成3個隨機數(shù)，如下圖
從工作區(qū)可以看到3次生成的值是不一樣的，本質上和運行三次每次只生成一個隨機數(shù)原理一致。因為每一次的生成都是隨機的，并且三次生成彼此沒有關系，所以能生成出完全一樣的值的可能性幾乎沒有。衍生到生成n個隨機數(shù)，道理是一樣的.........
如上圖，一行代碼中有兩個rand，相當于按照從左到右的順序依次生成了兩個隨機數(shù)，與上圖中的c1,c2同理。
如果程序中存在循環(huán)結構（如for、while），那么情況如何呢？
從上圖中可以看到，每一次循環(huán)都生成了一個隨機數(shù)，一共生成了10次，生成的順序為y1,y2....y10,等同于寫了10遍的y=rand;
那么當程序中存在子函數(shù)，子函數(shù)里面又有隨機數(shù)，那么是怎么個情況呢，如下圖：
以上述兩個圖中的程序為例，隨機數(shù)生成的順序應該為：y1,y2,c1,c2,c3 也就是說程序執(zhí)行完第6行之后，就執(zhí)行第7行的子函數(shù)，執(zhí)行完子函數(shù)內的所有代碼之后才會執(zhí)行第8行。所以總結一下就是，隨機數(shù)的生成的順序是按照代碼的執(zhí)行順序來實施的。
當我們要生成多個隨機數(shù)的時候（如5乘以3的矩陣，矩陣里的每個數(shù)都是隨機數(shù)），可以執(zhí)行下面的命令
由于rand函數(shù)是均勻生成，因此矩陣里的每個數(shù)的生成理論上也是獨立的，沒有任何關聯(lián)。如果是randn函數(shù)生成，那么生成的數(shù)據(jù)是滿足正態(tài)分布的，也就是說矩陣里的每個數(shù)是有一定關聯(lián)的，并不完全獨立。
由于隨機數(shù)本身隨機的特性，也給編程過程帶來了一些麻煩。比如我們運行了一次腳本，生成的結果是我們滿意的，但時候如果我們下次再運行就很難再復現(xiàn)出之前的效果，那么我們該怎么辦呢？在matlab中是通過‘state’關鍵字或者rng函數(shù)來控制，如下圖：
從圖中可以看到，代碼開頭加了兩個命令，加了這個命令后我們可以多次運行代碼，可以發(fā)現(xiàn)在不改變代碼內容的前提下每次運行生成的隨機數(shù)和上一次運行的結果都是一樣的，這個時候不要認為是代碼錯了，而是我們通過認為的手段對隨機數(shù)進行了復現(xiàn)。rand('state',1)和randn('state',1)分別控制的是rand和randn生成的隨機數(shù)，也就是說加了rand('state',1)命令，沒加randn('state',1)，那么通過randn生成的隨機數(shù)每次運行還是不同的，反過來也是如此。如果我們想要在加了這個命令的前提下讓生成的隨機數(shù)變一變該怎么辦呢？這個時候我們可以通過改變'state'后面的序列數(shù)（狀態(tài)數(shù)）來使得運行的結果發(fā)生變化，如下圖
從上圖看出，序列數(shù)改成2之后，生成的結果和為1時候的結果是不同的。有的同學會問這個1或者2表示什么含義呢，和生成的隨機數(shù)有什么關聯(lián)呢？這邊呢，小豬老師直接讓大家記住，這個1和2本身沒有含義的，只是區(qū)分狀態(tài)的不同，這個1和2與生成的隨機數(shù)也沒有聯(lián)系，只是給大家區(qū)分出狀態(tài)1生成的隨機數(shù)的值是某一組，而狀態(tài)2生成的隨機數(shù)又是另一組值。如果我們序列數(shù)改成2之后覺得效果沒有1時候的好，我們可以再改回來，那么生成的隨機數(shù)的值還是會和之前序列數(shù)為1時候生成的值一致..............
最后，還有一個很多同學同意踩坑的點，就是當設置了隨機數(shù)序列數(shù)而程序中又有循環(huán)結構時，很多同學就會認為每一次循環(huán)生成的隨機數(shù)和之前循環(huán)生成的一樣，那么事實如何呢？我們看下圖
可以發(fā)現(xiàn)，10次運行每次生成的結果是不一樣的，生成的順序為c1,d1,c2,d2.....c10,d10,相當于生成了20個隨機數(shù)，這個時候同學們又疑惑了rand('state',1)的意義何在呢。設置序列數(shù)的意義其實就在于控制腳本的多次運行的結果不變，而不是讓腳本中循環(huán)執(zhí)行的代碼中的隨機數(shù)不變。如果情況再復雜一點，此時程序中又有子函數(shù)呢？其實道理一致，如果設置了序列數(shù)，多次運行腳本的前提下本次運行過程中子函數(shù)生成的結果也是一致的。也就是說rand('state',1)的控制范圍包含當前腳本中的代碼，還控制代碼中子函數(shù)內的代碼，這一點99%的同學都會忽略掉.........................
所以隨機數(shù)的情況還是比較復雜的，弄清楚各種情況下的生成規(guī)律才能對我們調試代碼、寫代碼提供幫助...............................
分類導航