从种子的“索引”处获取随机数的最佳方法？答案

【问题标题】：Best method of getting a random number at an "index" from a seed?从种子的“索引”处获取随机数的最佳方法？
【发布时间】：2020-04-06 03:00:26
【问题描述】：

我想知道从索引中获取随机数的好方法。基本上，这是我想要的一个例子。

根据我对std::rand() / rand() 工作原理的了解，每次调用它时它都会给你一个随机数，每次你通过调用 std::srand 重置种子时，它都会给出相同的确切数字.但是 rand 的工作方式似乎非常全球化，这意味着每次调用它时，数字都会改变原始种子中的某个索引（我知道这并不是它在引擎盖下的工作方式）

// User manually provides a seed, not by std::time(nullptr)
get_random(3); // Return 1641
get_random(67); // returns 2782
get_random(5); // return 9832
get_random(67); // return 2782

请注意，如果我重复一个索引，我每次仍然从种子中得到相同的结果。我稍微考虑了一下，这是我最好的结果

int Class::get_random(int index) {
    std::srand(user_provided_seed); // reset the seed
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        std::rand();
    }
    return std::rand();
}

上面的工作正常，基本上它只是期望一个随机数作为索引并使用这个数字，但我觉得上面的工作有点太多了，在我的程序中我实际上确实希望用户传入一个相当大的索引，大约 1000 秒，我觉得简单地调用 std::rand() 1000 次会浪费 CPU 时间。

有没有更好的方法来做到这一点？也许已经包含了一个功能，可以满足我的需要。另请注意，我不需要真正的随机数，而伪随机数非常适合我的情况。

【问题讨论】：

小心！！！ c++ 对 rand 的要求与 c 不同。使用 c，可以保证除了对 rand 的调用之外，其他任何东西都不会在伪随机数序列中前进。查看以下内容的“兼容性”部分：cplusplus.com/reference/cstdlib/rand
如果你的类是only使用rand()的代码（即你程序中的所有其他代码都通过你的类并且不调用srand()或@987654329 @直接）您可以将所有生成的随机值存储在容器中。然后get_random(index) 可以检查该容器 - 如果index 有效，则从容器中返回元素，否则在循环中根据需要生成更多元素，可选择将它们存储在容器中，并返回所需的值。您还可以单独预先生成随机值以填充容器，并在以后检索它们
@enhzflep 注意到了，虽然我从来没有打算使用 C 版本
@NekoBit - 是的，我知道。正是出于这个原因，我才提到它。使用 c++ 时存在一种可能性，即您不会每次都返回相同的数字序列。 ;)

标签： c++ random

【解决方案1】：

有几种方法。首先正如@Peter 在评论中所说的存储随机值（如果没有其他人使用std::rand 或者您可以创建自己的std::random_engine，则可以使用）。

Class {
    ...
    std::vector<int> values;
    std::mersenne_twister_engine engine;
}
int Class::get_random(int index) {
    for (int i = values.size(); i <= index; i++) {
        values.push_back(engine());
    }
    return values[index];
}

或者您可以使用可以单独计算索引的伪随机函数。例如（在伪代码中，因为 afaik 在标准库中没有 sha）：

int get_random(int index) {
    return (int)(sha256(str(seed) +  str(index));
}

【讨论】：

这是一个很好的答案（不能批准没有足够的代表），因为我还不知道标准库中的随机类，我查看了 mersenne_twister_engine，实际上最终使用了 default_random_engine 因为我听说它可以更快一点（我打赌这并不重要，但我喜欢速度）并进行了优化。
请记住，default_random_engine 是完全由实现定义的，尽管在这里应该不是问题。

【解决方案2】：

如果 rand() 是递归的，则可能没有其他方法。在这种情况下，随机序列中的每个下一个数字都是基于前一个数字计算的，因此每次都必须执行 rand()。我不确定 rand() 是否是递归的 - 您可能想在担心更好的解决方案之前检查这种可能性。

【讨论】：

【解决方案3】：

您在get_random 中的方法是您能做的最好的。

C 标准要求rand 为给定种子输出相同的数字序列。但是，即使给出了种子，C 标准也没有具体说明该序列是什么。值得注意的是：

rand 使用未指定的算法生成伪随机数，该算法在 C 实现之间可能有所不同，including versions of the same standard library。
rand 返回的值不大于 RAND_MAX，RAND_MAX 在 C 实现之间可能有所不同。

另见this question。

【讨论】：