纯函数随机数发生器 - 状态monad

Question

“ Scala中的功能编程 ”一书演示了如下的纯函数随机数生成器的示例

trait RNG {
    def nextInt: (Int, RNG)
}

object RNG {
    def simple(seed: Long): RNG = new RNG {
        def nextInt = {
            val seed2 = (seed*0x5DEECE66DL + 0xBL) &
                        ((1L << 48) - 1)
            ((seed2 >>> 16).asInstanceOf[Int],
             simple(seed2))
        }
    }
}

用法看起来像

val (randomNumber,nextState) = rng.nextInt

我确实得到了它是纯函数的部分，因为它返回下一个状态并将其留在API客户端上，以便在下次需要随机数时使用它来调用nextInt但我不明白的是' 第一个怎么样生成随机数，因为我们必须至少提供一次seed 。

是否应该有其他功能来提升seed以获得RNG ？ 如果是这样，那么我们如何期望这个API的客户端知道它（因为在非功能实现中用户只调用nextInt并且状态由API维护）

有人可以给出Scala中纯函数随机数生成器的完整示例，并且可能将它与状态Monad关联起来。

Answer 1

随机发生器RNG是纯功能的，对于相同的输入，您总是获得相同的输出。 非纯功能部分留给该API的用户（您）。

要以纯函数方式使用RNG ，您必须始终使用相同的初始值对其进行初始化，但随后您将始终获得相同的数字序列，这不是很有用。

否则，您将不得不依赖RNG初始化到外部系统（通常是挂钟时间），因此引入副作用（再见纯功能）。

val state0 = RNG.simple(System.currentTimeMillis)

val (rnd1, state1) = state0.nextInt
val (rnd2, state2) = state1.nextInt
val (rnd3, state3) = state2.nextInt

println(rnd1, rnd2, rnd3)

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[编辑]

受到@Aivean答案的启发，我创建了我的版本的randoms Stream ：

def randoms: Stream[Int] = Stream.from(0)
  .scanLeft((0, RNG.simple(System.currentTimeMillis)))((st, _) => st._2.nextInt)
  .tail
  .map(_._1)

println(randoms.take(5).toList)
println(randoms.filter(_ > 0).take(3).toList)

Answer 2

此外，您的示例很好地与Scala流结合：

  def randStream(r: RNG): Stream[Int] = r.nextInt match {
    case (value, next) => value #:: randStream(next)
  }

  val rng = randStream(RNG.simple(123))
  println(rng.take(10).toList)
  println(rng.take(5).toList)

Answer 3

有人可以给出Scala中纯函数随机数生成器的完整示例，并且可能将它与状态Monad关联起来。

这是一个纯功能的RNG。

val state0 = RNG.simple(1234)
val (r1, state1) = state0.nextInt
val (r2, state2) = state1.nextInt
// etc.
val (x, _) = state1.nextInt
assert (x == r2)

Answer 4

递归函数，源自基于@Aivean Stream的函数，

def rand(n: Int, r: RNG): List[Int] = { 
  if (n < 0) List() 
  else {
    val (value, next) = r.nextInt
    value :: rand(n-1, next) 
  }
}

要获得5随机值，

rand(5, RNG.simple(System.currentTimeMillis) )