本帖最后由 SailCat 于 2020-11-29 12:17 编辑
在早期的红白机直到PS2次世代的主机游戏中,几乎所有的随机数都是通过预置的“随机数表”来实现的
随机数表在FC、SFC上一般体现为一个随机打乱的256长度的表格(也可能更短),它覆盖了00-FF的所有数字,只是顺序有点错乱
一个典型的随机数表例如:
[0xB7, 0x97, 0x3A, 0x46, 0xBA, 0x86, 0x0C, 0xBF, 0xA3, 0xF1, 0xE0, 0x1C, 0x5F, 0x93, 0xF8, 0x94,
0x9F, 0x9A, 0xA1, 0x8E, 0x69, 0xE6, 0x92, 0xA5, 0x8D, 0x47, 0x8C, 0x54, 0x51, 0xEC, 0x79, 0x10,
0x4C, 0x0D, 0x87, 0xCD, 0x56, 0x2F, 0xF0, 0xEE, 0x31, 0xD1, 0x09, 0x8B, 0x07, 0x9C, 0xE4, 0x36,
0xB6, 0x35, 0x4B, 0xF4, 0xAB, 0xC2, 0x11, 0x33, 0xE5, 0x0E, 0x82, 0xC4, 0x55, 0x20, 0xD3, 0x23,
0x85, 0x7F, 0x9D, 0x4E, 0x19, 0x06, 0xB1, 0x39, 0x0A, 0xA2, 0x34, 0xBD, 0xE7, 0x03, 0x02, 0x2E,
0xB0, 0xB4, 0x22, 0xFC, 0x42, 0x4A, 0xE9, 0xDF, 0xC3, 0xBE, 0x2A, 0xDB, 0x62, 0xA0, 0xA6, 0x6F,
0x12, 0x91, 0x98, 0x3E, 0x6C, 0x66, 0xAC, 0xBB, 0xF9, 0x44, 0xF5, 0xC5, 0x27, 0xC9, 0xA8, 0x52,
0xED, 0x14, 0x6D, 0xEB, 0x1B, 0xD4, 0x80, 0x5B, 0xB2, 0x5C, 0x28, 0x4F, 0xDD, 0x99, 0xCB, 0x59,
0xC6, 0xB5, 0x0F, 0x45, 0xE8, 0xD8, 0x2C, 0x24, 0xD7, 0xC7, 0x43, 0x1F, 0x72, 0xEF, 0xE3, 0x5A,
0xD9, 0x2B, 0x96, 0xEA, 0x2D, 0x57, 0x16, 0x70, 0x9E, 0x5D, 0x04, 0x3B, 0x7B, 0x63, 0x5E, 0xA7,
0x1A, 0x17, 0xCC, 0x65, 0x67, 0xFD, 0x7E, 0xDA, 0x15, 0x58, 0x53, 0x38, 0x60, 0x21, 0x6B, 0x7C,
0x40, 0xCA, 0x81, 0x73, 0xC0, 0x41, 0x68, 0xDE, 0x00, 0xAF, 0x08, 0x3F, 0xF2, 0x1E, 0xDC, 0xCE,
0xB8, 0x75, 0x25, 0x05, 0xD5, 0x7A, 0xCF, 0xE2, 0x78, 0x18, 0x30, 0x29, 0x74, 0x32, 0x8A, 0x1D,
0xC8, 0x89, 0xFB, 0xF3, 0xFE, 0xD2, 0xA4, 0x26, 0x3C, 0xAA, 0x77, 0x6E, 0x88, 0xF7, 0x50, 0xB9,
0xA9, 0x13, 0xB3, 0xAD, 0x61, 0x90, 0x64, 0x84, 0x9B, 0x8F, 0xD6, 0x95, 0xE1, 0xFF, 0x83, 0x0B,
0x7D, 0x49, 0x37, 0xFA, 0xD0, 0xF6, 0xC1, 0xAE, 0x3D, 0x6A, 0x71, 0xBC, 0x76, 0x01, 0x48, 0x4D]
因为内存有限,FC上的许多游戏甚至只有几KB的数据量,能用0.25KB来放一个随机数已经很不容易了。因此游戏中的所有机制,但凡调用到随机数,都是从这个表里按指针来获取。
由于表只有一个写死了,FC又没有机内时钟且可以随时reset,就导致了出现了鼎鼎大名的“电源技”——即通过电源reset使得随机数指针回到开头,然后加载你的进度,只要分析汇编拿到内存中的表,并且知道哪些操作会调用随机数,调用几个,所有的随机数都是有章可循的。
FF1(最终幻想1)可以通过这个方法用1/201的机率杀掉最终boss——只要在最终boss前存档,再reset读档后,并且使用特定的攻击方式进行攻击即可。当然这个原因是因为FF1的程序逻辑本身有问题,随机数取到00会通过任何几率判定。
这个用随机数表的做法一直延续到了次世代的PS2,只是随机数表从写死在ROM里逐渐变成按电源即时生成(故此电源技依然一直有效),表也会有不止一个。
到了后来,才逐渐变成了采用随机数种子、即时生成随机数,不再查表的方式。
尽管遍历一个乱数表可以比较大程度的解决连续生成同一个数的问题,但当所需要的随机数并不是处于0-255的范围时,通过位运算进行限格的结果依然无法保证机率平均。
以上表其中一行为例:
0x40, 0xCA, 0x81, 0x73, 0xC0, 0x41, 0x68, 0xDE, 0x00, 0xAF, 0x08, 0x3F, 0xF2, 0x1E, 0xDC, 0xCE
如果需要的随机数只是0-7的范围,即对上面的数全部取&8的处理,结果是
0,2,1,3,0,1,0,6,0,7,0,7,2,6,4,6
可以看到,0出现了很多很多次,而5没有出现。
这种所谓的短期集中情况,其实是无解的,不论你用什么办法,比如空指针(取一个跳一个)或者其他办法,都解决不了,上表的取1跳1结果是
0 1 0 0 0 0 2 4
3 5 6 7都没有,0出现5次,随机个屁
想要解决这个问题,除了按你的取数周期和大小生成shuffle表之外,无任何其他解。但就算是如此,就属于你想要的随机了吗?
要知道,随机,随机,重点在于其不可预知和每件事互相独立的特性。某人抛硬币连续20次正面之后,下一次正面的结果依然是49.97%(反面49.97%,直立0.06%)。但如果生成了一个随机数,你就知道下面100%不会再生成同样的一个数,那这不叫真随机,这叫可以预知。尽管有些反直觉,但确实如此。
但随机数种子+即时生成随机数,内部依然是各种求余、移位和哈希算法,只要知道了种子和算法,所有的序列都是可以推定的,这依然不是真随机,而是伪随机。
为什么几乎所有语言,原生随机数都是0-1之间的数,且含0不含1?
原因是,随机数的哈希算法实际上是都是位运算,比如16位的哈希结果会在0b0000000000000000到0b1111111111111111(0~65535)之间。
但是第一,65535这个数字只有1、3、15、17、255、257、3855、4369、21845这9个约数,它不能被大多数你想要的随机范围整除。如果你用求余来进行随机范围处理,是没有办法保证机率均匀的(例如余以100,那0-35的机率会显著比36-99来得大)。
第二,0b1111111111111111不一定会被解释为65535,也可以是-1,而负数随机数对于大多数机率判定就是灾难了。
因此,语言的做法就是将其转换为浮点数,而根据大多数CPU的解释,这只需要解释为在最前面加一个小数点就行。
而在最前面加一个小数点,其结果就成了0b0.0000000000000000到0b0.1111111111111111之间。
前者是0.0,后者是多少呢,准确来说是0.9999847412109375。
由于所有浮点数乘法的原生取整算法都是向下取整,而后面这个数乘以50000之后依然高达49999.2,因此,16位浮点伪随机数在值域范围内,已经足以应付1~50000中任何一个机率区间的(长期均匀)随机性。 |