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一文带你读懂生成随机数的方式?

一文带你读懂生成随机数的方式?

作者: 程序猿编码 | 来源:发表于2020-04-06 18:41 被阅读0次

计算机的随机数都是由伪随机数。例如:rand() 函数可以用来产生随机数,但是这不是真正意义上的随机数,是一个伪随机数。那么我们来看看代码中有哪些方式可以生成随机数。

rand

函数声明如下:

#include <stdlib.h>
int rand(void);

rand() 返回一随机数值的范围在 0 至 RAND_MAX 间。RAND_MAX 的范围最少是在 32767 之间(int)。用 unsigned int 双字节是 65535,四字节是 4294967295 的整数范围。0~RAND_MAX 每个数字被选中的机率是相同的。

rand()的用法

如果你要产生0~10的10个整数,可以表达为:

int N = rand() % 11; 

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 

先来个例子看看:

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>  // rand


int main(int argc, char const *argv[])
{
    int i = 0;

    for (i = 0; i < 5; i++){
        printf("%d ",rand());
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

编译输出:

是不是觉得很奇怪,每次运行,数值都是一样的。有些朋友会问?这怎么都是一样的呢!还玩个毛线。。。 请勿急躁。

rand() 产生的是伪随机数字,每次执行时是相同的; 若要不同, 用函数 srand() 初始化它。

srand

rand() 产生的随机数在每次运行的时候都是与上一次相同的。若要不同, 用函数 srand() 初始化它。

函数声明如下:

#include <stdlib.h>
void srand(unsigned int seed);

可以利用 srand((unsigned int)(time(NULL)) 的方法,产生不同的随机数种子,因为每一次运行程序的时间是不同的。确保种子不一样,因此通常会选择使用时间作为种子。

再对之前的代码进行修改,利用srand给它一个种子:

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>  // rand
#include<time.h>


int main(int argc, char const *argv[])
{
    int i = 0;

    srand(time(NULL));//设置随机种子,以当前时间为随机生成器的种子

    for (i = 0; i < 5; i++){
        printf("%d ",rand());
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

编译输出:

现在好了,每次运行生成的都不一样了。但是还有一个问题,如果这种方式在多线程下使用,也是不可取的,因为rand不是可重入函数。

rand_r

函数声明:

#include <stdlib.h>
int rand_r(unsigned int *seedp);

想要在多线程中使用随机数,,可以使用rand_r,使用方式和rand是一样的,还是上面的例子:

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>  // rand
#include<time.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int i = 0;

    unsigned int seed = time(NULL);//设置随机种子,以当前时间为随机生成器的种子

    for (i = 0; i < 5; i++){

        printf("%d ",rand_r(&seed));
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

编译输出:

产生不同的随机数种子,因为每一次运行程序的时间是不同的。

思考一个问题:

在多线程中,如果多个线程同时调用,那它们的种子可能也一样?怎么解决呢!

如果想不一样,还可以将种子设置成和线程id有关。例如:

unsigned int seed  = time(NULL)^pthread_self(); 

pthread_self需要包含头文件 #include <pthread.h>

random

rand生成的整数范围是有限的,为了生成更大范围,可以使用random。

random声明如下:

#include <stdlib.h>
long random(void);
void srandom(unsigned int seed);

random返回的类型为long,因此在一定程度上,它生成的范围要大得多。另外与rand类似,需要使用srandom函数设置种子。

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>  // rand
#include<time.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int i = 0;

    srandom(time(NULL));//设置随机种子,以当前时间为随机生成器的种子

    for (i = 0; i < 5; i++){
        printf("%d ",random());
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

产生一定范围随机数的通用表示公式

要取得 [a,b) 的随机整数,使用 (rand() % (b-a))+ a;

要取得 [a,b] 的随机整数,使用 (rand() % (b-a+1))+ a;

要取得 (a,b] 的随机整数,使用 (rand() % (b-a))+ a + 1;

通用公式: a + rand() % n;其中的 a 是起始值,n 是整数的范围。

要取得 a 到 b 之间的随机整数,另一种表示:a + (int)b * rand() / (RAND_MAX + 1)。

要取得 0~1 之间的浮点数,可以使用 rand() / double(RAND_MAX)。

来个简单举例:

要取得 [a,b) 的随机整数,使用 (rand() % (b-a))+ a;

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>  // rand
#include<time.h>


int main(int argc, char const *argv[])
{
    int i = 0;
    int a = 2;
    int b = 10;

    srand(time(NULL));//设置随机种子,以当前时间为随机生成器的种子


    for (i = 0; i < 5; i++){
        printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

编译输出:

总结

计算机的随机数都是由伪随机数。通过上面介绍的这些方法生成的都是伪随机数。本文所介绍的仅仅是库函数提供的随机数生成函数。如果想它的随机性很强,可能需要根据使用场景去设计具体的算法了。

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