了解Visual C++的rand()函数的算法答案

【问题标题】：Understanding the algorithm of Visual C++'s rand() function了解Visual C++的rand()函数的算法
【发布时间】：2011-07-22 16:27:16
【问题描述】：

在 C/C++ 中，rand() 和 srand() 通常被我们用来获取随机整数。但是当我尝试自己重写时，发现算法很难理解。函数很简单，几行就写好了，但是公式有误。

主要公式：

ptd->_holdrand = ptd->_holdrand * 214013L + 2531011L;

涉及的原始代码：

void __cdecl srand (unsigned int seed)
{
    _getptd()->_holdrand = (unsigned long)seed;
}

int __cdecl rand (void)
{
    _ptiddata ptd = _getptd();
    return ( ((ptd->_holdrand = ptd->_holdrand * 214013L + 2531011L) >> 16) & 0x7fff );
}

【问题讨论】：

嗯，我不知道，这个功能已经在那里了......为什么要尝试重新实现它？
@Rocky，尝试理解我们认为理所当然的代码基础并没有错。事实上，它应该被鼓励。
@Rocky：确实！如果你至少没有机会解释它的原理，就不要认为这是理所当然的。郭启：如果你厌倦了 LCG，可以看看 Mersenne Twister，一款流行、快速、高质量的 PRNG。
@Mark 谢谢你的鼓励：）我完全同意你的看法。
@Kerrek 谢谢你的回答，我试试看。

标签： c++ c algorithm math

【解决方案1】：

这只是模运算。您将乘以并添加到取模 2^32 的数字（例如），并将高 16 位返回为您的“随机”数字。因为您正在将与模数互质的数字相乘和相加，所以这会创建一种均匀分布的数字。

仔细选择这两个数字非常重要。例如，如果您使用了“* 4”和“+ 8”，您可能不会遇到很多随机性。

这个方案叫做linear congruential。

【讨论】：

【解决方案2】：

那个伪随机数生成器是Linear Congruential Generator。

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以在本月 (7-2011) 发表于 Dr. Dobb's Journal 的一篇优秀文章中找到对线性同余生成器 (LCG) 和其他类似家族或伪随机生成器的解释，以及关于这些特定常数的选择的说明(DDJ)：Fast, High-Quality, Parallel Random-Number Generators: Comparing Implementations。

我认为你需要在 DDJ 的网站上注册（免费）才能阅读本文的第一部分 (link)，但如果你喜欢 C++ 和数学，无论如何你都应该这样做......

【讨论】：

谢谢:)我已经进入了给定的链接，但是由于英语不是我的母语，所以很难阅读。我会尽力而为。

【解决方案4】：

在调用 rand 之前，由于 srand 的手册页指出“如果没有提供种子值，则 rand() 函数会自动以 1 的值作为种子”，那么调用 rand 的更好方法是首先调用srand 将“将其参数设置为由 rand() 返回的新伪随机整数序列的种子”。

例如，考虑以下 awk、nawk、gawk 代码，该代码在 bash shell 脚本中用于创建新的（随机）mac 地址 - 即代码 sn-p 中引用的 .genmacaddr：

enter code here
BEGIN {
     n0 = "00"
     srand()
     n1 = sprintf("%02x", int(255 * rand()))
     n2 = sprintf("%02x", int(255 * rand()))
     n3 = sprintf("%02x", int(255 * rand()))
     n4 = sprintf("%02x", int(255 * rand()))
     n5 = sprintf("%02x", int(255 * rand()))
     print n0":"n1":"n2":"n3":"n4":"n5
}

bash shell 脚本中的代码 sn-p 在哪里：

enter code here
ifconfig eth0 down
newmacaddr=`nawk -f .genmacaddr -`
ifconfig eth0 hw ether $newmacaddr
ifconfig eth0 up

如果我没记错的话，srand 的种子值来自系统时钟。

我希望这可以帮助您了解一种可行的编码解决方案。

【讨论】：

【解决方案5】：

正如已经说过的那样，它是一个线性同余，（如果您想深入了解它们如何生成伪随机值，可以查看它）

种子存储在_getptd()->_holdrand（以下称为holdrand）中

此代码通过执行正常的乘法和加法步骤“起作用”，但随后将 holdrand 溢出到得到隐含的“模数”0x100000000。

我提到这一点是因为它不是很明显，而且通常不被认为是好的风格。

从技术上讲，整数变量溢出不会引发未定义的行为，但在大多数平台上它是完全可以预测的，因此微软的工程师忽略了这个问题。

【讨论】：