生成随机数的方式你选对了吗?

开发 后端
首先需要说明的是,计算机中生成的随机数严格来说都是伪随机,即非真正的随机数,真正随机数的随机样本不可重现。那么我们来看看代码中有哪些方式可以生成随机数。

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生成随机数的N种方式

首先需要说明的是,计算机中生成的随机数严格来说都是伪随机,即非真正的随机数,真正随机数的随机样本不可重现。那么我们来看看代码中有哪些方式可以生成随机数。

rand

rand函数声明如下:

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

rand函数返回[0,RAND_MAX)范围的随机整数,在我的机器上,RAND_MAX为2147483647。

使用示例:

  1. rand.c 
  2. */ 
  3. #include<stdlib.h> 
  4. #include<stdio.h> 
  5. int main(void) 
  6.     int i = 0; 
  7.     while(i < 5) 
  8.     { 
  9.         printf("%d ",rand()); 
  10.         i++; 
  11.      } 
  12.     printf("\n"); 
  13.     return 0; 

编译运行:

  1. $ gcc -o rand rand.c 
  2. ./rand 
  3. 1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 

多运行几次,你就会惊喜地发现,每次运行的结果都是一样的!!!这还玩个毛线?

srand

别急,rand虽然每次运行的结果都是一样的,那是因为它的种子默认为1。每一个种子会有一串看似随机的序列,每次取下一个出来,整体都近乎是随机分布的。但是如果你的种子每次都是一样的,那么每次运行可能得到的结果也是一样的。我们需要利用srand给它一个种子。

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

为了保证我们每次的得到的随机数不一样,我们必须在每次调用时,都确保种子不一样,因此通常会选择使用时间作为种子,注意这只是通常的种子选择,你可以根据实际使用需求进行选择。

于是我们在使用之前设置好种子,使用示例:

  1. rand.c 
  2. */ 
  3. #include<stdlib.h> 
  4. #include<stdio.h> 
  5. #include<time.h> 
  6. int main(void) 
  7.     srand(time(NULL));//设置随机种子,注意只需要设置一次即可 
  8.     int i = 0; 
  9.     while(i < 5)//生成5个随机数 
  10.     { 
  11.         printf("%d ",rand()); 
  12.         i++; 
  13.      } 
  14.     printf("\n"); 
  15.     return 0; 

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。它的每次调用都会修改一些隐藏的属性,因此在多线程中使用它并不合适。

rand_r

为了在多线程下使用,我们使用rand_r,使用方式和rand是一样的:

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

使用示例:

  1. #include<stdlib.h> 
  2. #include<stdio.h> 
  3. #include<time.h> 
  4. int main(void) 
  5.     unsigned int seed = time(NULL); 
  6.     int i = 0; 
  7.     while(i < 5)//生成5个随机数 
  8.     { 
  9.         printf("%d ",rand_r(&seed)); 
  10.         i++; 
  11.     } 
  12.     printf("\n"); 
  13.     return 0; 

多线程中,多个线程可能几乎同时调用,那它们的种子可能也一样,如果想不一样,还可以将种子设置成和线程id有关。

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

random

通过前面的例子可以发现,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:

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

random返回的类型为long int,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。具体的例子就不再放出了。

生成指定范围随机数

前面的例子都是生成[1,RAND_MAX]之间的数,如果要生成指定区间的随机数呢?假设a和b不超过int范围以及它们的差值不超过rand的生成范围。

[a,b)

左闭右开区间,即包含a,不包含:

  1. (rand() % (b - a)) + a; 

[a,b]

左闭右闭,即包含a和b:

  1. (rand() % (b - a + 1)) + a; 

(a,b]

左开右闭,即不包含a,包含b:

  1. (rand() % (b-a)) + a + 1; 

[0,b]

  1. rand() % b ; 

0到1之间的浮点数

  1. rand()/(double)RAND_MAX; 

举例

生成[2,10)之间的随机数5个:

  1. #include<stdlib.h> 
  2. #include<stdio.h> 
  3. #include<time.h> 
  4. int main(void) 
  5.     srand(time(NULL));//设置随机种子,注意只需要设置一次即可 
  6.     int i = 0; 
  7.     int a = 2; 
  8.     int b = 10; 
  9.     while(i < 5)//生成5个随机数 
  10.     { 
  11.         printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a); 
  12.         i++; 
  13.      } 
  14.     printf("\n"); 
  15.     return 0; 

总结

记住,通过这些方法生成的都是伪随机数。而一个好的随机算法,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。本文所介绍的仅仅是库函数提供的随机数生成函数。

责任编辑:武晓燕 来源: 编程珠玑
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