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杀戮尖塔源码分析之Random

杀戮尖塔2有一个特点就是确定性随机，比如你的随机卡牌奖励，在SL后，奖励是不会变的。 这篇文章写的很好。https://www.zhihu.com/question/432127454/answer/2377639313

从计算机随机说起

对于随机概念，我们分为三种随机：

• 真随机：真随机数发生器，利用电路中的噪音或量子原理产生真的随机数。对于游戏开发中，一般没必要。其一是游戏中用伪随机已经足够能满足策划需求；其二是用伪随机执行效率更高；其三是用伪随机只需要同步种子和随机次数即可。
• 伪随机：给定一个随机数种子，利用随机数算法给出随机序列（PRNG）。对于一般的游戏来说，已经足够能满足需求。
• 伪伪随机：位于应用层，由程序手动控制，一般用来保底/微调。比如原神抽卡，达到一定次数后手动提高概率。

杀戮尖塔2中的随机

Chaotic随机

public static Rng Chaotic { get; } = new Rng((uint)DateTimeOffset.Now.ToUnixTimeSeconds());

以时间戳作为随机数种子，业界内常用的做法。主要用来生成与种子无关的随机数。比如特效随机扰动等。

Seed随机

以自定义作为随机数种子。

• 随机数种子

杀戮尖塔随机数种子是string类型。

• 手动输入随机数种子

玩家开局的时候手动输入一串string

• 自动生成随机数种子

public static string GetRandomSeed(int length = 10)
{
	string text;
	do
	{
		StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
		for (int i = 0; i < length; i++)
		{
			stringBuilder.Append(Rng.Chaotic.NextItem("0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ"));
		}
		text = stringBuilder.ToString();
	}
	while (BadWordChecker.ContainsBadWord(text));
	return text;
}

代码很简单，给定要生成的字符的个数，从0-1 a-z（注意不包含O和I）中随机取一个，依次拼接。

注意有一些BadWord不合法，可能是死种？待确认。

用的随机数算法

杀戮尖塔2用的随机数算法是C#的Random，Random初始化的需要传入一个int种子。

上文中杀戮尖塔2给的随机数种子的类型是string，需要手动将string转为int。

一种办法是直接用自带的GetHashCode()方法，但是存在不同平台的不确定性，因为实现的.Net版本不同。所以更明智的选择是手动实现。

public static int GetDeterministicHashCode(string str)
{
	int num = 352654597;
	int num2 = num;
	for (int i = 0; i < str.Length; i += 2)
	{
		num = ((num << 5) + num) ^ str[i];
		if (i == str.Length - 1)
		{
			break;
		}
		num2 = ((num2 << 5) + num2) ^ str[i + 1];
	}
	return num + num2 * 1566083941;
}

经典的取哈希算法。

不同的随机类型

杀戮尖塔2中针对不同的随机模块有对于的类型

public enum PlayerRngType
{
	Rewards,
	Shops,
	Transformations
}

public enum RunRngType
{
	UpFront,
	Shuffle,
	UnknownMapPoint,
	CombatCardGeneration,
	CombatPotionGeneration,
	CombatCardSelection,
	CombatEnergyCosts,
	CombatTargets,
	MonsterAi,
	Niche,
	CombatOrbs,
	TreasureRoomRelics
}

也就是说，改变A模块的结果不会改变B模块的概率。

对于每个不同的模块，都会通过模块的名字作为附加种子，生成对应的Rng实例。

public Rng(uint seed = 0u, int counter = 0)
{
	Counter = 0;
	Seed = seed;
	_random = new System.Random((int)seed);
	FastForwardCounter(counter);
}

public Rng(uint seed, string name)
	: this(seed + (uint)StringHelper.GetDeterministicHashCode(name))
{
}

如何保存游戏中的随机数

注意到一个函数

public void FastForwardCounter(int targetCount)
{
	if (Counter > targetCount)
	{
		throw new InvalidOperationException($"Cannot fast-forward an Rng counter to a lower number (current = {Counter}, target = {targetCount})");
	}
	while (Counter < targetCount)
	{
		Counter++;
		_random.Next();
	}
}

保存游戏的时候，我们只需要保存随机数种子和随机次数即可，原因在上文提及，随机序列是固定的。

加载游戏或者联机同步的时候，使用随机数种子和随机次数，就能保证一致性。

在帧同步里，同样可以用类似的方法。

小结

其实实现起来很简单，关键点在于种子的选取。注意杀戮尖塔2中的环境是单线程的。如果是多线程可以考虑每个线程存一个Random实例，一般服务器会用到。