随机数
  • C++ 随机数库定义在 random 头文件中。
  • C++ 随机数库由一组协作类构成：随机数引擎类、随机数分布类
  • 引擎：类型，生成随机 unsigned 整数序列
  • 分布：类型，使用引擎返回特定概率分布的随机数

随机数引擎和分布

随机数引擎

操作

说明

Engine e;

默认构造函数；使用该引擎类型默认的种子

Engine e(s);

使用整型值 s 作为种子

e.seed(s);

使用种子 s 重置引擎的状态

e.min();

此引擎生成的最小值

e.max();

此引擎生成的最大值

Engine::result_type

此引擎生成的 unsigned 整型类型

e.discard(u)

将引擎推进 u 步；u的类型为unsigned long long

分布类型和引擎

为了得到在一个指定范围内的数，需要使用一个分布类型的对象：

default_random_engine  e;
uniform_int_distribution<unsigned> dis(0, 9);
for (int i = 0; i < 10;i++)
  cout << dis(e) << endl;


注意，传递给分布对象的是引擎对象本身，如果传递的是 ​​u(e())​​ ，含义就变成将 e 生成的下一个值传递给 u，会导致编译错误。

一个给定的随机数发生器一直会生成相同的随机数序列，一个函数如果定义了局部的随机数发生器，应将引擎和分布对象定义成 static 类型，否则每次调用函数都会生成相同的序列。

vector<unsigned> bad_randVec()
{
    default_random_engine e;
    uniform_int_distribution<unsigned> dis(0,9);
    vector<unsigned> res;
    for (size_t i = 0; i < 100; i++)
        res.push_back(dis(e));

    return res;
}

vector<unsigned> good_randVec()
{
    static default_random_engine e;
    static uniform_int_distribution<unsigned> dis(0, 9);
    vector<unsigned> res;
    for (size_t i = 0; i < 100; i++)
        res.push_back(dis(e));

    return res;
}

int main()
{   
    vector<unsigned> vec1 = bad_randVec();
    vector<unsigned> vec2 = bad_randVec();
    cout << (vec1 == vec2) << endl; //@ true

    vector<unsigned> vec3 = good_randVec();
    vector<unsigned> vec4 = good_randVec();
    cout << (vec3 == vec4) << endl; //@ false

    return 0;
}


设置随机数发生器种子

随机数发生器会生成相同的随机数序列这一特性在调试中很有用。

如果我们希望每次程序运行都会产生不同的随机结果，可以提供种子来达到这一目的，种子就是一个数值，引擎可以利用它从序列中一个新位置重新开始生成随机数。

设置种子有两种方式：

  • 在创建引擎对象时提供种子。
  • 调用 seed 设置种子。
default_random_engine e1;     //@ 使用默认的种子 
default_random_engine e2(32767);  //@ 使用给定的种子
default_random_engine e3;
e3.seed(100);           //@ 使用 seed 设置种子
default_random_engine e4(time(0));  //@ 使用 time() 产生随机种子


其它随机数分布

生成随机实数

default_random_engine e;
uniform_real_distribution<double> u(0,1); //@ 指明数据的范围
for (size_t i = 0; i < 10; i++)
  cout << u(e) << endl;


生成非均匀分布的随机数

新标准库定义了20种分布类型：

正太分布

default_random_engine e;
normal_distribution<> n(4, 1.5);    //@ 均值4，标准差1.5
vector<unsigned> vals(9);
for (size_t i = 0; i != 200; i++)
{
    unsigned v = lround(n(e));
    if (v < vals.size())
    ++vals[v];
}

for (size_t j = 0; j != vals.size(); ++j)
{
    cout << j << ": " << string(vals[j], '*') << endl;
}


伯努利分布

default_random_engine e;
bernoulli_distribution b;
for (size_t i = 0; i < 5; i++)
  cout << b(e) << endl;