5.9 随机数生成

from http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/59-random-number-generation/

通常在游戏，统计模型程序和科学模拟中会用到随机事件。

而由于计算机的本质结构决定计算机只能生成伪随机数据。

伪随机生成器，设定一个初始值（seed），对它进行操作形成不同的数值，让它看上去与初始值没有联系。如果算法足够复杂，将同样的算法用到最后生成的数字，这样就能够产生一些列看上去随机的数值。

下面是一个产生100个伪随机数的程序：

1.

1: #include <stdafx.h>

2: #include <iostream>

3: using namespace std;

4:

5: unsigned int PRNG()

6: {

7:     // our initial starting seed is 5323

8:     static unsigned int nSeed = 5323;

9:

10:     // Take the current seed and generate a new value from it

11:     // Due to our use of large constants and overflow, it would be

12:     // very hard for someone to predict what the next number is

13:     // going to be from the previous one.

14:     nSeed = (8253729 * nSeed + 2396403);

15:

16:     // Take the seed and return a value between 0 and 32767

17:     return nSeed  % 32767;

18: }

19:

20: int main()

21: {

22:     // Print 100 random numbers

23:     for (int nCount=0; nCount < 100; ++nCount)

24:     {

25:         cout << PRNG() << "\t";

26:

27:         // If we've printed 5 numbers, start a new column

28:         if ((nCount+1) % 5 == 0)

29:             cout << endl;

30:     }

31: }

事实上我们这个例子并不是很好，但是它足够用来说明伪随机数是如何产生的。

C++产生伪随机数

语言中有内置的随机数生成器，它需要两个独立的函数组合使用。

srand() 用来设置初始seed。srand()通常只调用一次。

rand()生成序列中的下一个随机值。

2.

1: #include <iostream>

2: #include <cstdlib> // for rand() and srand()

3: using namespace std;

4:

5: int main()

6: {

7:     srand(5323); // set initial seed value to 5323

8:

9:     // Print 100 random numbers

10:     for (int nCount=0; nCount < 100; ++nCount)

11:     {

12:         cout << rand() <<“\t”;

13:

14:         // If we've printed 5 numbers, start a new column

15:         if ((nCount+1) % 5 == 0)

16:         cout << endl;

17:     }

18: }

rand()产生的伪随机数的范围在0到RAND_MAX之间，通常它的值在cstdlib中为32767.

通常我们并不想要这个范围内的随机值。我们想要两个nLow和nHigh范围内。如1-6.

3.

1: // Generate a random number between nLow and nHigh (inclusive)

2: unsigned int GetRandomNumber(int nLow, int nHigh)

3: {

4:     return (rand() % (nHigh - nLow + 1)) + nLow;

5: }

当我们反复运行第2个程序的时候，发现每次的结果都是相同的。由于我们每次设置的seed都是相同的。因此我们使用了time()函数来产生seed。

1: #include <stdafx.h>

2: #include <iostream>

3: #include <cstdlib> // for rand() and srand()

4: #include <ctime> // for time()

5: using namespace std;

6:

7: int main()

8: {

9:

10:     srand(time(0)); // set initial seed value to system clock

11:     for (int nCount=0; nCount < 100; ++nCount)

12:     {

13:         cout << rand() << "\t";

14:

15:         if ((nCount+1) % 5 == 0)

16:             cout << endl;

17:     }

18: }

怎样的伪随机生成器算是好的呢？

1）生成器会以相同的概率产生每一个数值。

2）随机序列的下一个数字不能明显、容易被预测

3）随机数生成器产生的数值有一个好的分布，忽而小，忽而大，让人感觉是随机的。

4）所有的伪随机生成器都是周期性的

rand()函数只是一个普通的伪随机生成器

大多数rand()都是使用Linear Congruential Generator方法实现的。

由于RAND_MAX通常是32767，意味着如果我们想要更大的范围就会不适合了。同时，rand()也不适合产生浮点型随机值如0.0-1.0. 同时rand()相对于其他算法拥有一个短的周期。

可以使用Mersenne Twister，它具有更好的结果，同时使用相对简单。
原文链接: https://www.cnblogs.com/grass-and-moon/archive/2012/05/22/2513829.html

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