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5.9 隨機數生成

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

通常在游戲,統計模型程序和科學模擬中會用到隨機事件。

而由于計算機的本質結構決定計算機只能生成偽隨機數據。

偽隨機生成器,設定一個初始值(seed),對它進行操作形成不同的數值,讓它看上去與初始值沒有聯系。如果算法足夠復雜,將同樣的算法用到最后生成的數字,這樣就能夠產生一些列看上去隨機的數值。

下面是一個產生100個偽隨機數的程序:

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: }

事實上我們這個例子并不是很好,但是它足夠用來說明偽隨機數是如何產生的。

 

C++產生偽隨機數

語言中有內置的隨機數生成器,它需要兩個獨立的函數組合使用。

srand() 用來設置初始seed。srand()通常只調用一次。

rand()生成序列中的下一個隨機值。

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()產生的偽隨機數的范圍在0到RAND_MAX之間,通常它的值在cstdlib中為32767.

通常我們并不想要這個范圍內的隨機值。我們想要兩個nLow和nHigh范圍內。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: }

當我們反復運行第2個程序的時候,發現每次的結果都是相同的。由于我們每次設置的seed都是相同的。因此我們使用了time()函數來產生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: }

 

怎樣的偽隨機生成器算是好的呢?

1)生成器會以相同的概率產生每一個數值。

2)隨機序列的下一個數字不能明顯、容易被預測

3)隨機數生成器產生的數值有一個好的分布,忽而小,忽而大,讓人感覺是隨機的。

4)所有的偽隨機生成器都是周期性的

 

rand()函數只是一個普通的偽隨機生成器

大多數rand()都是使用Linear Congruential Generator方法實現的。

由于RAND_MAX通常是32767,意味著如果我們想要更大的范圍就會不適合了。同時,rand()也不適合產生浮點型隨機值如0.0-1.0. 同時rand()相對于其他算法擁有一個短的周期。

可以使用Mersenne Twister,它具有更好的結果,同時使用相對簡單。

posted on 2012-05-21 20:50 鐘謝偉 閱讀(1265) 評論(0)  編輯 收藏 引用

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