纯函数式随机数生成器 - State monad

Question

《Functional Programming in Scala'一书演示了一个纯函数随机数生成器的示例，如下所示

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))
        }
    }
}

用法将类似于

val (randomNumber,nextState) = rng.nextInt

我确实得到了它是一个纯函数的部分，因为它 returns 下一个状态 并将它留在 API 客户端上以使用它来下次调用 nextInt 它需要一个随机数，但我不明白的是'第一个随机数将如何生成 因为我们必须提供 seed至少一次。

是否应该有另一个函数来提升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（因为在非功能性实现中，用户只需调用 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，并可能将其与一般状态 Monad 联系起来。

Answer 1

Can someone give a full example of pure functional random number generator in Scala and perhaps relate it to state Monad in general.

这个是一个纯功能性的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 2

此外，您的示例很好地结合了 Scala 流：

  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

那个随机生成器 RNG 是纯函数的，对于相同的输入，你总是得到相同的输出。非纯功能部分留给那个API（你）的用户。

要以纯功能方式使用 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 对外部系统的初始化（通常是挂钟时间），从而引入副作用（拜拜纯函数）。

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)

[编辑]

受@Aivean 回答的启发，我创建了我的随机版本 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 4

一个递归函数，派生自@Aivean Stream 基于函数，

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个随机值，

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

纯函数式随机数生成器 - State monad

Pure functional Random number generator - State monad

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