Java API 基礎：Math 類與 Random 類核心方法速查表

Java API 基礎：Math 類與 Random 類核心方法速查表

java.lang.Math 與 java.util.Random 是 Java 基礎開發中最高頻的工具類，掌握其核心方法能顯著提升編碼效率與代碼質量。

一、 Math 類：靜態工具類，無需實例化

提供科學計算常用函數，所有方法均為 static，直接 Math.xxx() 調用。

1. 數學常量

• Math.PI：π ≈ 3.141592653589793
• Math.E：自然對數底數 e ≈ 2.718281828459045

2. 核心方法速查表

3. 實用組合技巧

// 1. 保留 n 位小數（四捨五入）
double rounded = Math.round(value * Math.pow(10, n)) / Math.pow(10, n);

// 2. 區間隨機整數 [min, max]
int randomInt = (int)(Math.random() * (max - min + 1)) + min;

// 3. 安全的整數中點計算（避免溢出）
int mid = (low + high) >>> 1;  // 或 Math.addExact(low, high) / 2

// 4. 判斷 2 的冪次
boolean isPowerOfTwo = (n > 0) && ((n & (n - 1)) == 0);

二、 Random 類：偽隨機數生成器

基於線性同餘算法（LCG），非線程安全，高併發下推薦 ThreadLocalRandom（JDK 7+）或 SplittableRandom（JDK 8+）。

1. 常用構造方法

• new Random()：種子 = System.nanoTime() + 計數器
• new Random(long seed)：固定種子，可復現序列（測試/調試專用）

2. 核心實例方法

3. 進階用法

// 1. 區間隨機長整數 [min, max]
long randomLong = min + random.nextLong(max - min + 1); // JDK 17+ nextLong(bound)

// 2. 加權隨機 / 概率選擇
int weightedChoice(double[] probabilities) {
    double r = random.nextDouble();
    double sum = 0;
    for (int i = 0; i < probabilities.length; i++) {
        sum += probabilities[i];
        if (r < sum) return i;
    }
    return probabilities.length - 1;
}

// 3. 打亂數組（Fisher-Yates 洗牌）
void shuffle(int[] arr) {
    for (int i = arr.length - 1; i > 0; i--) {
        int j = random.nextInt(i + 1);
        int tmp = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = tmp;
    }
}

// 4. 線程安全替代：ThreadLocalRandom.current().nextInt(bound)

三、 選型建議

熟練掌握 Math 與 Random 的核心方法、邊界行為及性能特徵，能讓日常數值計算、隨機邏輯、演算法實現更加精準、高效、健壯。