C++下随机数的生成

2023-12-10 16:20:33

C++ 下生成随机数的方法有很多种，各有优缺点。

1. 利用rand()生成随机数

这是最传统的方法，也是在算法竞赛中最广为人知的方法。

优点：简单、快速。

缺点：生成的随机数“不够好”（当然算法竞赛中够用），并且受到srand()的制约。

rand()的用法不必多说，所以重点讲的是随机种子初始化——srand()。

1.1 直接使用srand(time(0))

这也是最简单的方法。但这有一个显而易见的缺陷——1秒内，由于time(0)不会改变，所以生成的随机序列完全一样。

比如，在对拍时，你以为你风驰电掣地对拍了数十万组数据，实际上生成的不同的数据也就几百组而已，严重拖累了效率。

1.2 使用标准库

既然time(0)不太好，换个随机种子不就行了？并且，这个随机种子必须变化得足够快。

#include <sys/time.h>

timeval ti;
gettimeofday(&ti,NULL);
srand(ti.tv_usec);

其中，ti.tv_usec每微秒变化一次，已经很快了。

1.3 使用chrono （C++11）

这种就稍微麻烦一点，但比上一种方法好。

#include <chrono>

srand(chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count());

2. 使用random库（C++11）

一个十分强大的库，限于篇幅不可能介绍完，因此选一些常用的介绍。

2.1 使用random_device （推荐）

它用法较为简单，在Linux与Windows下均可用，生成unsigned int范围内的整数，若要int范围内的非负整数需要稍作转换。（无需考虑随机种子）（其实本质是用系统中的随机数生成器，Linux下为/dev/(u)random，Windows为rand_s）

#include <random>

random_device rd;
unsigned int myrand_uint(){
    return rd();
}

int myrand_int(){
    return rd()>>1;
}

2.2 使用mt19937

循环节极长，比rand()要好，但同样需要设置随机种子，生成int内的整数（包括负数）。

mt19937 rd(...); //...内为随机种子
int myrand(){
    return rd();
}

3. 利用系统资源

3.1 shell的环境变量

Linux下为$RANDOM，Windows为%RANDOM%,范围 [0,32767]。

echo $RANDOM

3.2 /dev/(u)random （Linux）

/dev/random与/dev/urandom均为块设备文件，直接打开是一堆乱码（其实是生成的随机串以ASCII方式显示），可以直接在程序中用fopen打开，用fread读取指定字节并转换为整数。

注意：/dev/random在生成大量随机数时效率会降低，推荐/dev/urandom。

FILE* rd=fopen("/dev/urandom","r");
int myrand(){
    unsigned int val;fread(&val,sizeof(val),1,rd);
    return val>>1;
}

long long myrand_ll(){
    unsigned long long val;fread(&val,sizeof(val),1,rd);
    return val>>1ll;
}

完结撒花~~

码农公寓