Software Engineer English & Software Engineering Blog - Sean

난수를 만들고 섞어보자.

namespace ConsoleApp1
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Random random = new Random(); // 난수 생성기

            // byte 배열 난수 생성
            byte[] bytes = new byte[10];            
            random.NextBytes(bytes);
            foreach (byte b in bytes)
            {
                Console.Write($"{b}, ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 난수 섞기
            random.Shuffle<byte>(bytes);
            foreach (byte b in bytes)
            {
                Console.Write($"{b}, ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 문자열 리스트 섞기
            List<string> fruits = new List<string> { "사과", "바나나", "딸기", "오렌지", "수박", "멜론", "키위" };
            string[] fruitsArray = fruits.ToArray();
            random.Shuffle<string>(fruitsArray);
            
            foreach (string fruit in fruitsArray)
            {
                Console.Write(fruit + ", ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 정수 리스트 생성
            List<int> numbers = Enumerable.Range(1, 10).ToList();
            foreach (int i in numbers)
            {
                Console.Write(i + ", ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 정수 배열 섞기
            int[] numbersArray = numbers.ToArray();
            random.Shuffle<int>(numbersArray);
            foreach (int i in numbersArray)
            {
                Console.Write(i + ", ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 섞인 정수 배열 일부 선택
            foreach (int i in numbersArray[2..^5]) // '^'는 뒤에서 부터 인덱싱. ^5는 파이썬의 -5와 동일.
            {
                Console.Write(i + ", ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 리스트 컴프리헨션 기능
            List<int> squared = (from x in numbers
                                 where x % 2 == 0 // 짝수라는 조건이 필요 없다면 삭제 가능.
                                 select x * x).ToList();
            foreach (int i in squared)
            {
                Console.Write(i + ", ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
    }
}

정답(2)을 포함하는 선택지를 만들어 보자.

namespace ConsoleApp1
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Random random = new Random(); // 난수 생성기

            // 1~10 정수 리스트 생성
            List<int> numbers = Enumerable.Range(1, 10).ToList();

            // 특정 숫자(2)를 포함하는 선택지 4개 만들기
            List<int> choices = new List<int>();
            choices.Add(2); // 2는 무조건 포함
            while (choices.Count < 4)
            {
                int i = random.Next(0, numbers.Count);
                if (!choices.Contains(numbers[i]))
                    choices.Add(numbers[i]);
            }

            // 선택지 섞기
            choices = choices.Shuffle<int>().ToList();
            foreach (int i in choices)
            {
                Console.Write(i + ", ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
    }
}

난수 생성기 없이 만들 수도 있다.

namespace ConsoleApp1
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            IEnumerable<int> numbers = Enumerable.Range(1, 10);
            numbers = numbers.Shuffle();
            // 1~10 정수를 생성하고 섞기

            IEnumerable<int> choices = [2]; // 선택지에 2는 무조건 포함

            foreach (int n in numbers)
            {
                if (!choices.Contains(n))
                    choices = choices.Append(n);

                if (choices.Count() >= 4)
                    break;
            }

            choices = choices.Shuffle();

            foreach (int i in choices)
                Console.Write(i + ", ");
        }
    }
}

Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual을 확인해 보자.

RDTSC—Read Time-Stamp Counter

Reads the current value of the processor’s time-stamp counter (a 64-bit MSR) into the EDX:EAX registers. The EDX register is loaded with the high-order 32 bits of the MSR and the EAX register is loaded with the low-order 32 bits. (On processors that support the Intel 64 architecture, the high-order 32 bits of each of RAX and RDX are cleared.) The processor monotonically increments the time-stamp counter MSR every clock cycle and resets it to 0 whenever the processor is reset.

RDTSC 인스트럭션은 프로세서의 time-stamp counter를 EDX:EAX 레지스터로 가져온다. EDX에는 상위 32비트가 저장되고 EAX에는 하위 32비트가 저장된다.

EDX, EAX에 저장되는 값을 확인해 보자.

EAX 레지스터에 저장된 값을 이용해 1~10까지의 랜덤 넘버를 추출해 보자.

그런데 실제로 여러번 해 보면 홀수만 나오는 것을 알 수 있다. 내 컴퓨터에서만 그러는건지는 모르겠지만 rdtsc 명령어가 (EAX 레지스터에)짝수만 반환하기 때문이다. (마지막에 1을 더하므로 결국 홀수가 된다)

EDX 레지스터의 값을 사용해 보자.

하지만 EDX 레지스터의 값은 일반적인 시간의 '초' 단위와 비슷한 간격으로 바뀐다. 프로그램을 빠르게 반복 실행하면 동일한 숫자가 반복되어 나오는걸 알 수 있다. 빠른 반복 추출이 필요하다면 EAX 레지스터의 값 중 하위 2바이트가 아닌 중간 2바이트 숫자를 이용하는 등 다른 방법으로 랜덤 넘버를 추출한다.

※ 주의

DIV 연산시 나누는 수가 작아 몫이 너무 크게 되면 ax가 저장할 수 있는 용량(2바이트)을 넘어서게 되고 Program received signal SIGFPE, arithmetic exception 메세지가 나타난다. Floating-Point Exception을 의미하지만 0으로 나누는 연산과 같은 모든 산술 연산 에러를 포함한다.

Program Error Signals

Random number generator. It encapsulates the state (currently, a 64-bit integer) and has methods to return scalar random values and to fill arrays with random values. Currently, it supports uniform and Gaussian (normal) distributions. The generator uses Multiply-With-Carry algorithm, introduced by G. Marsaglia (http://en.wikipedia.org/wiki/Multiply-with-carry). Gaussian-distribution random numbers are generated using the Ziggurat algorithm (http://en.wikipedia.org/wiki/Ziggurat_algorithm), introduced by G. Marsaglia and W. W. Tsang.

아래 코드는 OpenCV에서 지원하는 난수 발생기의 사용 방법 입니다.

Matrix filled by RNG::fill().

Random numbers generated by RNG.