Math 类常用方法详解

在 Java 中，Math 类是一个实用的工具类，封装了多种用于数学计算的静态方法。这些方法无需创建对象实例，可直接通过类名调用，使用非常便捷。

• Math.abs(int a)：返回指定数值的绝对值
• Math.max(int a, int b)：比较两个数并返回较大者
• Math.min(int a, int b)：比较两个数并返回较小者
• Math.pow(double a, double b)：计算 a 的 b 次方
• Math.sqrt(double a)：求 a 的平方根
• Math.round(float a)：返回最接近该浮点数的整数值
• Math.random()：生成一个介于 [0.0, 1.0) 区间内的随机浮点数

double num = -3.14;
System.out.println(Math.abs(num)); // 输出3.14
System.out.println(Math.pow(2, 3)); // 输出8.0
System.out.println(Math.sqrt(9)); // 输出3.0

Random 类的基本应用

Random 类主要用于生成伪随机数序列。与 Math.random() 不同，使用 Random 需要先创建其实例对象，但其提供了更丰富的随机数生成方式，灵活性更高。

常用方法包括：

• random.nextInt()：产生一个任意范围的随机整数
• random.nextInt(int bound)：生成 [0, bound) 范围内的随机整数
• random.nextDouble()：获取 [0.0, 1.0) 之间的随机双精度浮点数
• random.nextBoolean()：返回一个随机布尔值（true 或 false）

Random rand = new Random();
System.out.println(rand.nextInt(100)); // 0-99的随机整数
System.out.println(rand.nextDouble()); // 0-1的随机小数
System.out.println(rand.nextBoolean()); // true或false

如何生成特定区间的随机数

借助 Random 类，可以轻松实现指定范围内的随机数生成。针对整型和浮点型数据，处理方式略有不同。

例如，若要生成 10 到 20 之间的随机整数，可通过 nextInt 设置边界并加上偏移量实现。

int randomNum = rand.nextInt(11) + 10;

而对于浮点数，如生成 5.0 至 10.0 之间的数值，则需对 nextDouble() 的结果进行线性变换。

double randomDouble = rand.nextDouble() * 5 + 5;

关于随机数种子的说明

Random 类支持通过种子（seed）来初始化随机数生成器。当使用相同的种子时，所产生的随机数序列是完全一致的。这一特性在调试或需要复现结果的场景中尤为有用。

以下代码展示了如何使用固定种子初始化 Random 实例。

Random seededRandom = new Random(12345L);
System.out.println(seededRandom.nextInt()); // 每次运行输出相同

性能分析与选择建议

需要注意的是，Math.random() 方法在底层实际上是基于 Random 类实现的，但在每次调用时都会新建一个 Random 对象实例。因此，在频繁生成随机数的应用场景下，这种方式会造成额外的性能开销。

相比之下，手动创建一个 Random 实例并重复使用，能够显著提升效率。

下面的示例对比了两种方式在大量随机数生成时的性能差异。

// 低效方式
for(int i=0; i<1000; i++) {
    double r = Math.random();
}

// 高效方式
Random r = new Random();
for(int i=0; i<1000; i++) {
    double rand = r.nextDouble();
}