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c++中的隨機數與種子

標準庫<cstdlib>(被包含於<iostream>中)提供兩個幫助生成偽隨機數的函式:

函式一:int rand(void);
從srand (seed)中指定的seed開始,返回一個[seed, RAND_MAX(0x7fff))間的隨機整數。

函式二:void srand(unsigned seed);
引數seed是rand()的種子,用來初始化rand()的起始值。

可以認為rand()在每次被呼叫的時候,它會檢視:
1) 如果使用者在此之前呼叫過srand(seed),給seed指定了一個值,那麼它會自動呼叫
srand(seed)一次來初始化它的起始值。
2) 如果使用者在此之前沒有呼叫過srand(seed),它會自動呼叫srand(1)一次。

根據上面的第一點我們可以得出:
1) 如果希望rand()在每次程式執行時產生的值都不一樣,必須給srand(seed)中的seed一個變值,這個變值必須在每次程式執行時都不一樣(比如到目前為止流逝的時間)。
2) 否則,如果給seed指定的是一個定值,那麼每次程式執行時rand()產生的值都會一樣,雖然這個值會是[seed, RAND_MAX(0x7fff))之間的一個隨機取得的值。
3) 如果在呼叫rand()之前沒有呼叫過srand(seed),效果將和呼叫了srand(1)再呼叫rand()一樣(1也是一個定值)。

舉幾個例子,假設我們要取得0~6之間的隨機整數(不含6本身):

例一,不指定seed:

for(int i=0;i<10;i++){ 
  ran_num=rand() % 6;
  cout<<ran_num<<" ";
}
每次執行都將輸出:5 5 4 4 5 4 0 0 4 2

例二,指定seed為定值1:

srand(1);
for(int i=0;i<10;i++){ 
  ran_num=rand() % 6;
  cout<<ran_num<<" ";
}
 

每次執行都將輸出:5 5 4 4 5 4 0 0 4 2
跟例子一的結果完全一樣。

例三,指定seed為定值6:

srand(6);
for(int i=0;i<10;i++){ 
  ran_num=rand() % 6;
  cout<<ran_num<<" ";
}

每次執行都將輸出:4 1 5 1 4 3 4 4 2 2

隨機值也是在[0,6)之間,隨得的值跟srand(1)不同,但是每次執行的結果都相同。

例四,指定seed為當前系統流逝了的時間(單位為秒):time_t time(0):

#include <ctime>
//…
srand((unsigned)time(0));
for(int i=0;i<10;i++){ 
  ran_num=rand() % 6;
  cout<<ran_num<<" ";
}

第一次執行時輸出:0 1 5 4 5 0 2 3 4 2
第二次:3 2 3 0 3 5 5 2 2 3
總之,每次執行結果將不一樣,因為每次啟動程式的時刻都不同(間隔須大於1秒?見下)。

關於time_t time(0):

time_t被定義為長整型,它返回從1970年1月1日零時零分零秒到目前為止所經過的時間,單位為秒。比如假設輸出:
cout<<time(0);
值約為1169174701,約等於37(年)乘365(天)乘24(小時)乘3600(秒)(月日沒算)。

另外,關於ran_num = rand() % 6,

將rand()的返回值與6求模是必須的,這樣才能確保目的隨機數落在[0,6)之間,否則rand()的返回值本身可能是很巨大的。
一個通用的公式是:
要取得[a,b)之間的隨機整數,使用(rand() % (b-a))+ a (結果值將含a不含b)。
在a為0的情況下,簡寫為rand() % b。

最後,關於偽隨機浮點數:

用rand() / double(RAND_MAX)可以取得0~1之間的浮點數(注意,不同於整型時候的公式,是除以,不是求模),舉例:

double ran_numf=0.0;
srand((unsigned)time(0));
for(int i=0;i<10;i++)
{ 
   ran_numf = rand() / (double)(RAND_MAX);
   cout<<ran_numf<<" ";
}

執行結果為:0.716636,0.457725,…等10個0~1之間的浮點數,每次結果都不同。

如果想取更大範圍的隨機浮點數,比如1~10,可以將
rand() /(double)(RAND_MAX) 改為 rand() /(double)(RAND_MAX/10)
執行結果為:7.19362,6.45775,…等10個1~10之間的浮點數,每次結果都不同。
至於100,1000的情況,如此類推。

以上不是偽隨機浮點數最好的實現方法,不過可以將就著用用…