(译) Haskell 中随机数的使用
来自： http://scarletsky.github.io/2016/02/06/random-numbers-in-haskell/
随机数（我指的是伪随机数）是通过显式或隐式的状态来生成的。这意味着在 Haskell 中，随机数的使用（通过 System.Random 库）是伴随着状态的传递的。
大部分需要获得帮助的人都有命令式编程的背景，因此，我会先用命令式的方式，然后再用函数式的方式来教大家在 Haskell 中使用随机数。
任务
我会生成满足以下条件的随机列表：
- 列表长度是 1 到 7
- 列表中的每一项都是 0.0 到 1.0 之间的浮点数
命令式
在 IO monad 中有一个全局的生成器，你可以初始化它，然后获取随机数。下面有一些常用的函数：
setStdGen :: StdGen -> IO ()
初始化或者设置全局生成器，我们可以用 mkStdGen 来生成随机种子。因此，有一个很傻瓜式的用法：
setStdGen (mkStdGen 42)
当然，你可以用任意的 Int 来替换 42 。
其实，你可以选择是否调用 setStdGen ，如果你不调用的话，全局的生成器还是可用的。因为在 runtime 会在启动的时候用一个任意的种子去初始化它，所以每次启动的时候，都会有一个不同的种子。
randomRIO :: (Random a) => (a,a) -> IO a
在给定范围随机返回一个类型为 a 的值，同时全局生成器也会更新。你可以通过一个元组来指定范围。下面这个例子会返回 a 到 z 之间的随机值（包含 a 和 z ）：
c <- randomRIO ('a', 'z') a 可以是任意类型吗？并非如此。在 Haskell 98 标准中， Random 库只支持 Bool , Char , Int , Integer , Float , Double （你可以自己去扩展这个支持的范围，但这是另外一个话题了）。
randomIO :: (Random a) => IO a
返回一个类型为 a 的随机数（ a 可以是任意类型吗？看上文），全局的生成器也会更新。下面这个例子会返回一个 Double 类型的随机数：
x <- randomIO :: IO Double
随机数返回的范围由类型决定。
需要注意的是，这些都是 IO 函数，因此你只可以在 IO 函数中使用它们。换句话说，如果你写了一个要使用它们的函数，它的返回类型也会变成是 IO 函数。
举个例子，上面提到的代码片段都要写在 do block 中。这只是一个提醒，因为我们想要用命令式的方式来生成随机数。
下面这个例子展示如何在 IO monad 中完成之前的任务：
import System.Random main = do setStdGen (mkStdGen 42) -- 这步是可选的，如果有这一步，你每一次运行的结果都是一样的，因为随机种子固定是 42 s <- randomStuff print s randomStuff :: IO [Float] randomStuff = do n <- randomRIO (1, 7) sequence (replicate n (randomRIO (0, 1)))
纯函数式
你可能有以下原因想知道如何用函数式的方式生成随机数：
- 你有好奇心
- 你不想用 IO monad
- 因为一些并发或者其他原因，你想几个生成器同时存在，共享全局生成器不能解决你的问题
实际上，有两种方法来用函数式的方式去生成随机数：
- 从 stream（无限列表） 中提取随机数
- 把生成器当成函数参数的一部分，然后返回随机数
这里有一些常用的函数用来创建生成器和包含随机数的无限列表。
mkStdGen :: Int -> StdGen
用随机种子创建生成器。
randomRs :: (Random a, RandomGen g) => (a, a) -> g -> [a]
用生成器生成给定范围的无限列表。例子：用 42 作为随机种子，返回 a 到 z 之间包含 a 和 z 的无限列表：
randomRs ('a', 'z') (mkStdGen 42) 类型 a 是随机数的类型。类型 g 看起来是通用的，但实际上它总是 StdGen 。
randoms :: (Random a, RandomGen g) => g -> [a]
用给定的生成器生成随机数的无限列表。例如：用 42 作为随机种子生成 Double 类型的列表：
randoms (mkStdGen 42) :: [Double]
随机数的范围由类型决定，你需要查文档来确定具体范围，或者直接用 randomRs 。
注意，这些都是函数式的 —— 意味着这里面没有副作用，特别是生成器并不会更新。如果你用一个生成器去生成第一个列表，然后用相同的生成器去生成第二个列表…
g = mkStdGen 42 a = randoms g :: [Double] b = randoms g :: [Double]
猜猜结果，由于透明引用，这两个列表的结果是一样的！（如果你想用一个随机种子来生成两个不同的列表，我等下告诉你一个方法）。
下面一种方法来完成创建 1 到 7 的随机列表：
import System.Random main = do let g = mkStdGen 42 let [s] = take 1 (randomStuff g) print s randomStuff :: RandomGen g => g -> [[Float]] randomStuff g = work (randomRs (0.0, 1.0) g) work :: [Float] -> [[Float]] work (r:rs) = let n = truncate (r * 7.0) + 1 (xs, ys) = splitAt n rs in xs : work ys
除了必要的打印操作外，这是纯函数式的。它用生成器生成了无限列表，然后再用这个无限列表来生成另一个无限列表作为答案，最后取第一个作为返回值。
我这样做是因为尽管我们今天的人物是生成一个随机数，但你通常会需要很多个，我希望这个例子可以对你有点帮助。
上面的代码的工作原理是：用一个生成器，创建一个包含 Float 的无限列表。截取第一个值，并扩大这个值到 1 到 7 ，然后用剩下的列表来生成答案。换句话说，把输入的列表分成 (r:rs) ， r 决定生成列表的长度（ 1 到 7 ）， rs 之后会被计算答案。
split :: (RandomGen g) => g -> (g, g)
用一个随机种子创建两个不同的生成器，其他情况下重用相同的种子是不明智的。
g = mkStdGen 42 (ga, gb) = split g -- do not use g elsewhere
如果你想创建多余两个的生成器，你可以对新的生成器中的其中一个使用 split ：
g = mkStdGen 42 (ga, g') = split g (gb, gc) = split g' -- do not use g, g' elsewhere
我们可以用 split 来获得两个生成器，这样我们就可以产生两个随机列表了。
randomStuff :: RandomGen g => g -> [[Float]] randomStuff g = work (randomRs (1, 7) ga) (randomRs (0.0, 1.0) gb) where (ga,gb) = split g work :: [Int] -> [Float] -> [[Float]] work (n:ns) rs = let (xs,ys) = splitAt n rs in xs : work ns ys
它把生成器分成两个，然后产生两个列表。
我在主程序中硬编码了随机种子。正常情况下你可以在其他地方获取随机种子 —— 从输入中获取，从文件中获取，从时间上获取，或者从某些设备中获取。
这些在主程序中都是 do-able 的，因为它们都可以在 IO monad 中访问。
你也可以通过 getStdGen 获取全局生成器：