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C++ 利用<cstdlib> 头文件 ， 产生一个random number generator

2024-07-17 11:14:23   219人阅读

头文件<cstdlib>中有一个重要的函数 rand() , 可以作为随机数发生器。

现在现在我想产生一个随机数， 我使用如下的程序：

#include <iostream>#include <ctsdlib><span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">using namespace std;</span>int main(){    cout << rand() << endl;    return 0;}

问题来了， 虽然我们产生了一个随机数， 但是无论我运行上述程序多少遍（重新编译， 在运行，也一样是41）， 都产生一个确定的数。 即41， 如下：



这是为什么呢。

答案是要想得到一个随机数， 我们需要给这个随机数发生器（random number generator） 输入一个seed（种子）。



现在让我们在函数中调用rand（） 函数25次， 用于产生25个随机数：



上述的情况也是一样的， 无论是将该程序运行多少遍， 或者再次编译， 运行， 结果仍然是产生了25个与上述随机数完全一样的随机数。 这仍然是没有seed的原因。


在举一个例子， 模拟骰子。 随机出现的数据是： 1， 2， 3， 4， 5， 6，  现在我们编程产生这个范围的数字， 投25次， 程序如下：

#include <iostream>
#include <random>


using namespace std;

int main()
{
    for (int i = 0; i < 25; i++) {
        cout << 1+ (rand() % 6) << endl; // 必须加1， 否则产生0
    }
    return 0;
}



运行结果如下：



不难推广， 我们可以产生任意范围整数的随机数。

但是问题来了， 由于上述的几个程序的随机数没有seed， 所有无论我们运行多少次程序， 产生的随机数都是相同的。

问什么呢？

 因为没有计算机能够产生完全随机的随机数。  计算机毕竟不是人， 计算机必须按照一定的算法（Algorithm）， 一定的指令去执行命令。 也就是说计算机不可能产生完全随机的数据。 但是计算机通过一定的复杂的算法， 我们可以使得其产生的数据看起来是随机的。  

C++产生随机数可以使用的seed random number。 常用的函数是srand()(函数有一个参数， 使我们给进去的任何一个随机数),:

 

#include <iostream>
#include <cstdlib>



using namespace std;

int main()
{
    srand(6);
    for (int i = 0; i < 25; i++) {
        cout << 1+ (rand() % 6) << endl;
    }
    return 0;
}

产生的结果如下：



显然不同了。 但是如果我们不改变srand(6)函数中的参数， 只要我们运行， 或者重新编译运行， 仍然出现同样的结果（同上面的问题一样）。 但是只要我们改变srand() 中的参数， 重新编译， 运行， 出现不同的结果。 例如我们将srand(6)改为srand(10), 就会改变的：




现在我们给出上述所有问题的终极解决办法：

这个解决办法需要包含一个叫做<ctime>的头文件。 这个头文件允许我们去得到计算机的时钟。 如下：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>


using namespace std;

int main()
{
    srand(time(0)); 
    for (int i = 0; i < 25; i++) {
        cout << 1+ (rand() % 6) << endl;
    }
    return 0;
}

编译运行：



再次运行：



也就是说只要重新运行， 就会重新产生和伪随机数。 这正是我们希望得到的结果。 


现在我们解释原因：

我们知道可以通过srand() 去修改我们的算法。 但是如果我们向srand（）中传递一个确定的数字， 那么算法产生的结果也是一个确定的数字。 无论我们运行多少次，结果都是一样的。 

但是我们想srand 传递的参数为time（0）， time（0） 函数的返回值每一秒都在变化。  随机这样 ， 每一次我们运行函数的时候 ， 结果都看似随机的了。


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