Génération de valeurs aléatoires #

Vous n’avez pas à maîtriser la génération de valeurs aléatoires dans ce cours.

Pour tester des structures de données, il est utile de pouvoir générer des valeurs aléatoires. Le plus souvent en programmation logicielle, nous générons des valeurs pseudo-aléatoires. Une valeur pseudo-aléatoire semble aléatoire, mais elle est en réalité pré-déterminée. La classe Random en Java, située dans le paquetage java.util, permet de générer des nombres pseudo-aléatoires pour diverses applications, comme les simulations, les jeux ou les tests. Elle utilise un générateur de nombres pseudo-aléatoires basé sur une graine (seed), qui, si spécifiée, garantit la reproductibilité des séquences générées. Par défaut, Random utilise une graine dérivée de l’heure système pour produire des résultats différents à chaque exécution. La classe offre des méthodes comme nextInt(), nextDouble() ou nextBoolean() pour générer respectivement des entiers, des nombres à virgule flottante ou des booléens.

La génération de nombres pseudo-aléatoires repose sur un algorithme déterministe qui produit une séquence de valeurs à partir d’une graine initiale. Cette graine est un point de départ pour le générateur : si la même graine est utilisée, la séquence de nombres générés sera identique. Cela permet de reproduire des résultats, ce qui est particulièrement utile pour le débogage ou les tests. Par exemple, en fixant une graine avec Random random = new Random(12345);, chaque exécution du programme produira la même séquence de nombres.

Lorsque aucune graine n’est spécifiée, comme dans Random random = new Random();, la classe utilise une valeur par défaut, généralement basée sur l’heure système en nanosecondes. Cela donne l’impression d’une séquence aléatoire différente à chaque exécution. Cependant, comme les valeurs sont générées par un algorithme, elles ne sont pas véritablement aléatoires, mais pseudo-aléatoires, c’est-à-dire qu’elles suivent un schéma prévisible si la graine est connue.

La classe Random utilise un algorithme appelé Linear Congruential Generator (LCG) ou une variante pour produire ses valeurs. Cet algorithme est rapide et adapté à la plupart des besoins en programmation, bien qu’il ne soit pas cryptographiquement sécurisé. Pour des applications nécessitant un haut niveau de sécurité (comme la génération de clés cryptographiques), il est préférable d’utiliser java.security.SecureRandom, qui est plus robuste mais plus lent.

Les méthodes principales de Random incluent :

• nextInt(bound) : génère un entier entre 0 (inclus) et bound (exclus).
• nextInt() : génère un entier sur toute la plage des entiers 32 bits.
• nextDouble() : génère un nombre à virgule flottante entre 0.0 (inclus) et 1.0 (exclus).
• nextBoolean() : génère une valeur booléenne (true ou false) avec une probabilité égale.

Voici un exemple qui génère des nombres aléatoires, illustrant l’utilisation d’une graine pour la reproductibilité.

Voici un exemple qui génère des chaînes de caractères aléatoires, en sélectionnant des caractères à partir d’un ensemble prédéfini.

Dans cet exemple, chaque caractère de la chaîne est choisi aléatoirement parmi ceux de la variable caracteres. La méthode nextInt(caracteres.length()) génère un index aléatoire entre 0 et la longueur de la chaîne caracteres (exclus). Le caractère correspondant est ajouté à un StringBuilder pour construire la chaîne finale. L’utilisation de StringBuilder est préférable à la concaténation de String pour des raisons de performance, comme expliqué dans la section sur l’allocation de mémoire.