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[默认分类] C++随机数生成方法(转载,赶紧搜藏)

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  • TA的每日心情
    开心
    2021-12-13 21:45
  • 签到天数: 15 天

    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2018-7-13 10:43:02 | 显示全部楼层 |阅读模式


      
       
       
         
          一、C++中不能使用random()函数
          ==================================================================================
          本文由青松原创并依GPL-V2及其后续版本发放,转载请注明出处且应包含本行声明。
          C++中常用rand()函数生成随机数,但严格意义上来讲生成的只是伪随机数(pseudo-random integral number)。生成随机数时需要我们指定一个种子,如果在程序内循环,那么下一次生成随机数时调用上一次的结果作为种子。但如果分两次执行程序,那么由于种子相同,生成的“随机数”也是相同的。
          在工程应用时,我们一般将系统当前时间(Unix时间)作为种子,这样生成的随机数更接近于实际意义上的随机数。给一下例程如下:
          #include <iostream>
    #include <ctime>
    #include <cstdlib>
    using namespace std;
          int main()
    {
        double random(double,double);
        srand(unsigned(time(0)));
        for(int icnt = 0; icnt != 10; ++icnt)
            cout << "No." << icnt+1 << ": " << int(random(0,10))<< endl;
        return 0;
    }
          double random(double start, double end)
    {
        return start+(end-start)*rand()/(RAND_MAX + 1.0);
    }
    /* 运行结果
    * No.1: 3
    * No.2: 9
    * No.3: 0
    * No.4: 9
    * No.5: 5
    * No.6: 6
    * No.7: 9
    * No.8: 2
    * No.9: 9
    * No.10: 6
    */
    利用这种方法能不能得到完全意义上的随机数呢?似乎9有点多哦?却没有1,4,7?!我们来做一个概率实验,生成1000万个随机数,看0-9这10个数出现的频率是不是大致相同的。程序如下:
    #include <iostream>
    #include <ctime>
    #include <cstdlib>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
          int main()
    {
        double random(double,double);
        int a[10] = {0};
        const int Gen_max = 10000000;
        srand(unsigned(time(0)));
       
        for(int icnt = 0; icnt != Gen_max; ++icnt)
            switch(int(random(0,10)))
            {
            case 0: a[0]++; break;
            case 1: a[1]++; break;
            case 2: a[2]++; break;
            case 3: a[3]++; break;
            case 4: a[4]++; break;
            case 5: a[5]++; break;
            case 6: a[6]++; break;
            case 7: a[7]++; break;
            case 8: a[8]++; break;
            case 9: a[9]++; break;
            default: cerr << "Error!" << endl; exit(-1);
            }
       
        for(int icnt = 0; icnt != 10; ++icnt)
            cout << icnt << ": " << setw(6) << setiosflags(ios::fixed) << setprecision(2) << double(a[icnt])/Gen_max*100 << "%" << endl;
       
        return 0;
    }
          double random(double start, double end)
    {
        return start+(end-start)*rand()/(RAND_MAX + 1.0);
    }
    /* 运行结果
    * 0: 10.01%
    * 1:   9.99%
    * 2:   9.99%
    * 3:   9.99%
    * 4:   9.98%
    * 5: 10.01%
    * 6: 10.02%
    * 7: 10.01%
    * 8: 10.01%
    * 9:   9.99%
    */
    可知用这种方法得到的随机数是满足统计规律的。
          另:在Linux下利用GCC编译程序,即使我执行了1000000次运算,是否将random函数定义了inline函数似乎对程序没有任何影响,有理由相信,GCC已经为我们做了优化。但是冥冥之中我又记得要做inline优化得加O3才行...
          不行,于是我们把循环次数改为10亿次,用time命令查看执行时间:
    chinsung@gentoo ~/workspace/test/Debug $ time ./test
    0: 10.00%
    1: 10.00%
    2: 10.00%
    3: 10.00%
    4: 10.00%
    5: 10.00%
    6: 10.00%
    7: 10.00%
    8: 10.00%
    9: 10.00%
          real    2m7.768s
    user    2m4.405s
    sys     0m0.038s
    chinsung@gentoo ~/workspace/test/Debug $ time ./test
    0: 10.00%
    1: 10.00%
    2: 10.00%
    3: 10.00%
    4: 10.00%
    5: 10.00%
    6: 10.00%
    7: 10.00%
    8: 10.00%
    9: 10.00%
          real    2m7.269s
    user    2m4.077s
    sys     0m0.025s
          前一次为进行inline优化的情形,后一次为没有作inline优化的情形,两次结果相差不大,甚至各项指标后者还要好一些,不知是何缘由...
          =================================================================================
          
         random函数不是ANSI C标准,不能在gcc,vc等编译器下编译通过。 可改用C++下的rand函数来实现。     1、C++标准函数库提供一随机数生成器rand,返回0-RAND_MAX之间均匀分布的伪随机整数。 RAND_MAX必须至少为32767。rand()函数不接受参数,默认以1为种子(即起始值)。 随机数生成器总是以相同的种子开始,所以形成的伪随机数列也相同,失去了随机意义。(但这样便于程序调试)
          2、C++中另一函数srand(),可以指定不同的数(无符号整数变元)为种子。但是如果种子相同,伪随机数列也相同。一个办法是让用户输入种子,但是仍然不理想。
         3、 比较理想的是用变化的数,比如时间来作为随机数生成器的种子。 time的值每时每刻都不同。所以种子不同,所以,产生的随机数也不同。
    // C++随机函数(VC program)
    #include <stdio.h>
    #include <iostream>
    #include <time.h>
    using namespace std;
    #define MAX 100
    int main(int argc, char* argv[])
    {        srand( (unsigned)time( NULL ) );//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子.应该放在for等循环语句前面 不然要很长时间等待
       for (int i=0;i<10;i++)
       cout<<rand()%MAX<<endl;//MAX为最大值,其随机域为0~MAX-1
       return 0;
    }
    二、rand()的用法
         rand()不需要参数,它会返回一个从0到最大随机数的任意整数,最大随机数的大小通常是固定的一个大整数。 这样,如果你要产生0~10的10个整数,可以表达为:
      int N = rand() % 11;
         这样,N的值就是一个0~10的随机数,如果要产生1~10,则是这样:
      int N = 1 + rand() % 10;
      总结来说,可以表示为:
      a + rand() % n
         其中的a是起始值,n是整数的范围。   a + rand() % (b-a+1) 就表示 a~b之间的一个随机数若要0~1的小数,则可以先取得0~10的整数,然后均除以10即可得到随机到十分位的10个随机小数,若要得到随机到百分位的随机小数,则需要先得到0~100的10个整数,然后均除以100,其它情况依此类推。
         通常rand()产生的随机数在每次运行的时候都是与上一次相同的,这是有意这样设计的,是为了便于程序的调试。若要产生每次不同的随机数,可以使用srand( seed )函数进行随机化,随着seed的不同,就能够产生不同的随机数。
         如大家所说,还可以包含time.h头文件,然后使用srand(time(0))来使用当前时间使随机数发生器随机化,这样就可以保证每两次运行时可以得到不同的随机数序列(只要两次运行的间隔超过1秒)。
         
       
      

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