探索Go语言中的随机数生成、矩阵运算与数独验证

1. Go中的随机数生成

在许多编程任务中，随机数的生成是不可或缺的。Go语言通过 math/rand 包提供了伪随机数生成方式。伪随机数由种子(seed)决定，如果种子相同，生成的数列也会相同。为了确保每次程序运行时产生不同的随机数，我们通常使用当前时间作为种子。

示例1：简单的随机数生成

go 复制代码

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)

func random(min, max int) int {
	return rand.Intn(max-min) + min
}

func main() {
	rand.Seed(time.Now().Unix())
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("生成的随机数:", random(0, 100))
	}
}

上述程序使用了当前时间作为种子来生成0到100之间的5个随机数。输出结果每次都会不同。

示例2：通过命令行控制随机数生成

为了使程序更具灵活性，我们可以通过命令行传入参数来控制随机数的生成范围和数量，甚至可以指定种子来生成固定序列的伪随机数。

go 复制代码

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"os"
	"strconv"
	"time"
)

func random(min, max int) int {
	return rand.Intn(max-min) + min
}

func main() {
	MIN := 0
	MAX := 100
	TOTAL := 10
	SEED := time.Now().Unix()
	arguments := os.Args

	switch len(arguments) {
	case 2:
		MIN, _ = strconv.Atoi(arguments[1])
		MAX = MIN + 100
	case 3:
		MIN, _ = strconv.Atoi(arguments[1])
		MAX, _ = strconv.Atoi(arguments[2])
	case 4:
		MIN, _ = strconv.Atoi(arguments[1])
		MAX, _ = strconv.Atoi(arguments[2])
		TOTAL, _ = strconv.Atoi(arguments[3])
	case 5:
		MIN, _ = strconv.Atoi(arguments[1])
		MAX, _ = strconv.Atoi(arguments[2])
		TOTAL, _ = strconv.Atoi(arguments[3])
		SEED, _ = strconv.ParseInt(arguments[4], 10, 64)
	default:
		fmt.Println("使用默认值")
	}

	rand.Seed(SEED)

	for i := 0; i < TOTAL; i++ {
		fmt.Printf("%d ", random(MIN, MAX))
	}
	fmt.Println()
}

通过不同的命令行参数，可以控制生成的随机数。例如：

bash 复制代码

$ go run randomNumbers.go 10 50 5
14 37 27 49 16

这段代码生成了5个在10到50之间的随机数。

2. 加密级别的随机数生成

在安全领域，生成密码时，伪随机数不足以提供安全性。Go提供了 crypto/rand 包来生成加密安全的随机数，它可以生成不可预测的随机序列。

示例3：生成加密安全的随机密码

go 复制代码

package main

import (
	"crypto/rand"
	"encoding/base64"
	"fmt"
	"os"
	"strconv"
)

func generateBytes(n int64) ([]byte, error) {
	b := make([]byte, n)
	_, err := rand.Read(b)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return b, nil
}

func generatePass(s int64) (string, error) {
	b, err := generateBytes(s)
	return base64.URLEncoding.EncodeToString(b), err
}

func main() {
	var LENGTH int64 = 8
	arguments := os.Args

	if len(arguments) == 2 {
		LENGTH, _ = strconv.ParseInt(arguments[1], 10, 64)
	}

	myPass, err := generatePass(LENGTH)
	if err != nil {
		fmt.Println("生成密码失败:", err)
		return
	}

	fmt.Println("生成的密码:", myPass[0:LENGTH])
}

运行程序后会生成一个随机密码，例如：

生成的密码: Zm9yQ29kZT==

3. 矩阵运算与生成

矩阵在图像处理、机器学习等领域中有广泛应用。我们可以利用Go语言生成随机矩阵，并进行矩阵加法、减法等运算。

示例4：生成随机矩阵并进行矩阵加法

go 复制代码

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)

func generateMatrix(row, col int) [][]int {
	matrix := make([][]int, row)
	for i := range matrix {
		matrix[i] = make([]int, col)
		for j := range matrix[i] {
			matrix[i][j] = rand.Intn(10)
		}
	}
	return matrix
}

func addMatrices(m1, m2 [][]int) [][]int {
	result := make([][]int, len(m1))
	for i := range m1 {
		result[i] = make([]int, len(m1[i]))
		for j := range m1[i] {
			result[i][j] = m1[i][j] + m2[i][j]
		}
	}
	return result
}

func main() {
	rand.Seed(time.Now().Unix())

	m1 := generateMatrix(3, 3)
	m2 := generateMatrix(3, 3)

	fmt.Println("矩阵1:", m1)
	fmt.Println("矩阵2:", m2)

	result := addMatrices(m1, m2)
	fmt.Println("矩阵加法结果:", result)
}

通过上述代码，您可以生成两个3x3的随机矩阵，并执行矩阵加法运算。

4. 数独验证程序

数独是一个流行的逻辑益智游戏，要求将1到9填入一个9x9的网格中，使每行、每列和每个3x3的子区域都包含不重复的数字。我们可以通过编写程序验证数独是否解得正确。

示例5：数独验证

go 复制代码

package main

import (
	"bufio"
	"errors"
	"fmt"
	"os"
	"strconv"
	"strings"
)

func importFile(file string) ([][]int, error) {
	var err error
	var mySlice = make([][]int, 0)
	f, err := os.Open(file)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	defer f.Close()
	r := bufio.NewReader(f)
	for {
		line, err := r.ReadString('\n')
		fields := strings.Fields(line)
		temp := make([]int, 0)
		for _, v := range fields {
			n, err := strconv.Atoi(v)
			if err != nil {
				return nil, err
			}
			temp = append(temp, n)
		}
		if len(temp) != 0 {
			mySlice = append(mySlice, temp)
		}
		if err != nil {
			break
		}
	}
	return mySlice, nil
}

func validPuzzle(sl [][]int) bool {
	for i := 0; i <= 2; i++ {
		for j := 0; j <= 2; j++ {
			iEl := i * 3
			jEl := j * 3
			mySlice := []int{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}
			for k := 0; k <= 2; k++ {
				for m := 0; m <= 2; m++ {
					bigI := iEl + k
					bigJ := jEl + m
					val := sl[bigI][bigJ]
					if val > 0 && val < 10 {
						if mySlice[val-1] == 1 {
							fmt.Println("数字出现两次:", val)
							return false
						} else {
							mySlice[val-1] = 1
						}
					} else {
						fmt.Println("无效值:", val)
						return false
					}
				}
			}
		}
	}

	for i := 0; i <= 8; i++ {
		sum := 0
		for j := 0; j <= 8; j++ {
			sum = sum + sl[i][j]
		}
		if sum != 45 {
			return false
		}
		sum = 0
	}

	for i :=

 0; i <= 8; i++ {
		sum := 0
		for j := 0; j <= 8; j++ {
			sum = sum + sl[j][i]
		}
		if sum != 45 {
			return false
		}
		sum = 0
	}

	return true
}

func main() {
	arguments := os.Args
	if len(arguments) != 2 {
		fmt.Printf("使用: loadFile 文件名\n")
		return
	}
	file := arguments[1]
	mySlice, err := importFile(file)
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
		return
	}

	if validPuzzle(mySlice) {
		fmt.Println("数独正确!")
	} else {
		fmt.Println("数独错误!")
	}
}

通过此程序，您可以从文件导入一个数独，并验证其是否解得正确。输入数独文件格式为9x9的数独矩阵，每行数字间以空格分隔。

运行程序：

bash 复制代码

$ go run sudoku.go valid_sudoku.txt
数独正确!

结论

通过本文的学习，读者不仅能掌握如何在Go语言中生成随机数，还能学会如何生成加密安全的随机数、矩阵运算以及数独验证等高级技术。Go语言为我们提供了丰富的工具，能轻松应对多种编程挑战。